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01 curso dimensionamiento

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01 curso dimensionamiento

  1. 1. MC PM Curso de dimensionamiento para sistema de control de movimiento Siemens Austral-Andina / Argentina / SectorSujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados Industria
  2. 2. Temas del curso  Dimensionamiento de Servomotores - Tipos de servomotores y motores paso a paso - Límites de Operación - Cálculo de torques y velocidades - Transmisiones Mecánicas - Ejemplos  Dimensionamiento de Drives - Conversores y Inversores - Rectificadores y Resistencias de Frenado  Software de Dimensionamiento - Sizer - Dimensionamiento unidades de control SINAMICS S120 - Dimensionamiento de controladores SIMOTION Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 2 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  3. 3. Dimensionamiento Puntos a tener en cuenta para el dimensionamiento:  Elobjetivo ideal es obtener el accionamiento económicamente mas favorable que cumpla las especificaciones.  Dado que el peor escenario es el subdimensionamiento la falta de conocimiento y/o información sobre el proceso y los accionamientos tienden al sobredimensionamiento.  Un dimensionamiento más preciso implicará mayor tiempo y por lo tanto mayor costo de ingeniería. Es la experiencia la que nos dirá cuando hemos profundizado suficiente. Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 3 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  4. 4. Partes a Dimensionar Línea Línea Elementos Elementos de entrada de entrada Rectificador El servo Conversor NO lleva filtros de Inversor Inversor salida Elementos Elementos Elementos de salida de salida de salida Motor Motor Motor Carga Carga Carga Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 4 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  5. 5. Dimensionamiento Pasos a seguir Analizar el Analizar el movimiento de la movimiento de la M (t ) , ω (t ) , J carga carga M ( t ) , ω( t ) , J M RMS , ω Media Analizar reductor Analizar reductor M RMS , ω Media Dimensionar el Dimensionar el motor motor I RMS , I max I RMS , I max Dimensionar el Dimensionar el inversor inversor P(t ) + P(t ) regenera regenera motórico motórico Pmedia , Pmax Pmedia , Pmax Dimensionar el Dimensionar el rectificador regenerador y/o resistencia de frenado Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 5 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  6. 6. Dimensionamiento de motores Tipo de Motores Motor de corriente - Fácil de controlar continua - Gran mantenimiento Motor paso a paso - Económicos - Lazo abierto Motor asincrónico - Amplio rango de velocidad S OV T AT OR jaula de ardilla - Menor dinámica Motor sincrónico de - Máxima Dinámica imán permanente - Costo I Motor con núcleo - Grandes Fuerza de hierro - Fuerza atractiva y cogg. - Poca fuerza atractiva Motor canal U - Costo y poca fuerza - Poca fuerza atractiva Motor Tubular - Poco recorrido AE N L Motor Slotless - Punto medio I Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 6 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  7. 7. Dimensionamiento de motores Tipo de Motores Motores Estandar -Operación directa -Uso para propósitos Generales - Aplicaciones de mediana o baja dinámica Motores asincrónicos Servomotores -Operación con drives (motor de husillo) - Aplicaciones de mediana o alta dinámica - Amplio rango de velocidad Servomotores -Operación con servo drives - Aplicaciones de alta dinámica - Posicionamiento Motores sincrónicos Servomotores -Operación con servo drives Torque - Gran torque a baja velocidad - Aplicación directa en la carga Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 7 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  8. 8. Dimensionamiento de motores Tipo de Motores Motor sincrónico Motor asincrónico Vector Control Servo Control (más cálculos) Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 8 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  9. 9. Dimensionamiento de motores Límites de Operación  Límite de velocidad mecánico  Límite de velocidad debido al control (límite de voltaje)  Debilitamiento de campo en motores asincrónicos  Característica de voltaje limitado en motores sincrónicos  Límite térmico  Es afectado por: Temperatura ambiente, altura, clase de aislación,…  Límite de torque dinámico  Corriente máxima Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 9 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  10. 10. Dimensionamiento de motores Motores sincrónicos (curvas) Depende del incremento de Depende de la tensión temperatura del motor respecto máxima que entrega el de la temperatura ambiente drive Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 10 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  11. 11. Dimensionamiento de motores Motores sincrónicos (puntos de trabajo) o Constante térmica >15min  Toda la trayectoria debe estar debajo de la curva de límite dinámico  El punto “O” debe estar debajo de la curva de límite térmico Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 11 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  12. 12. Dimensionamiento de motores Motores asincrónicos (curvas) Depende del incremento de Depende de la tensión temperatura del motor respecto máxima que entrega el de la temperatura ambiente drive Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 12 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  13. 13. Dimensionamiento de motores Motores asincrónicos (puntos de trabajo) O o  Todala trayectoria debe estar debajo de la curva de límite dinámico  El punto “O” debe estar debajo de la curva de límite térmico Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 13 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  14. 14. Dimensionamiento de motores Determinación de torques y velocidades Movimiento a velocidad constante: Posición Velocidad Aceleración Pulso (jerk) Rozamientos(velocidad) Mmotor =Mexternos Pesos Etc. Movimientos con aceleración: Newton Momento de inercia Mmotor =Mexternos +J γ Aceleración angular Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 14 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  15. 15. Dimensionamiento de motores Movimientos (1) M =M +J γ Movimientos punto a punto: ∆S, ∆t, v max ,a max motor externos Rectangular: ∆S Posición Velocidad Aceleración Pulso Triangular: Baja aceleración Posición Velocidad Aceleración Pulso Trapezoidal: Baja velocidad Posición Velocidad Aceleración Pulso Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 15 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  16. 16. Dimensionamiento de motores Movimientos (2) Movimientos punto a punto: ∆X, ∆t, v , a max , jmax max Trapezoidal redondeada: Pulso finito Posición Velocidad Aceleración Pulso Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 16 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  17. 17. Dimensionamiento de motores Ejemplo 1: Mesa giratoria (1) La mesa debe moverse un ángulo de 90° en 0,1 segundos cada 0,2 segundos. Momento de inercia de la mesa: J mesa = 0,005 kgm 2 Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 17 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  18. 18. Dimensionamiento de motores Ejemplo 1:Mesa giratoria (2) Consideramos un perfil de velocidad triangular: n pico ⋅ 0,1 s 90o = 2 npico Velocidad (grados/s) n pico = 1800 o = 300 rpm s 90° n pico γ pico = = 36000 o = 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,05 s s2 Tiempo (segundos) γ pico = 628,3 r s2 M motor = M externos + Jγ Aceleración (grados/s^2) 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 J = J mesa + J motor Tiempo (segundos) M motor ≥ 3,14 ⋅ Nm pico Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 18 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  19. 19. Dimensionamiento de motores Ejemplo 1: Mesa giratoria (3) Cálculo de la velocidad media: 900 Velocidad (grados/s) 0 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 Tiempo (segundos) Período 0,2s Siempre positiva Area 90 o nmedia = = = 450 o = 75,2 rpm Perìodo 0,2 s s Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 19 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  20. 20. Dimensionamiento de motores Ejemplo 1: Mesa giratoria (4) Cálculo del torque eficaz (RMS) aproximadamente: RMS es la raíz cuadrada de la media del cuadrado 4 Elevar al 15 cuadrado Torque al cuadrado (Nm^2) 3 2 10 Torque (Nm) 1 0 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 5 -1 -2 0 -3 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 -4 Tiempo (s) Tiempo (s) Calcular la media Area = 4,93 ( Nm ) 2 M media = 2 M RMS = M 2 media ≥ 2,2 Nm Período Hacer la raíz cuadrada Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 20 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  21. 21. Dimensionamiento de motores Ejemplo 1: Mesa giratoria (5) Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 21 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  22. 22. Dimensionamiento de motores Ejemplo 1: Mesa giratoria (6) Una vez elegido el motor recalculo el torque: M max = 3,33 Nm M RMS = 2,3 Nm nmedia = 75,2 rpm Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 22 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  23. 23. Dimensionamiento de motores Transmisiones mecánicas (1) Torque, Velocidad angular Torque, Velocidad angular Reducción  rad  i k  m    Torque, Velocidad angular Fuerza, Velocidad lineal 1 k= R 2π Reflejo hacia la entrada: k= paso α ref = α ⋅ i nref = n ⋅ i γ ref = γ ⋅ i α ref = x ⋅ k ωref = v ⋅ k γ ref = a ⋅ k M J F m M ref = J ref = M ref = n J ref = i i2 k k2 Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 23 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  24. 24. Dimensionamiento de motores Transmisiones mecánicas i Motor Carga Motor Carga 1) PM = τ M vM 1) PM = aC vC I M + aC vC I C + τ C vC  I  τ τ M =  I M + C aM + C aM = aC i  i2  i  I  τ τ M =  IM + C aC i + C v M = vC i  i2  i PM = aC vC I M i 2 + aC vC I C + τ C vC Potencia para Potencia para mover el mover la carga motor Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 24 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  25. 25. Dimensionamiento de motores Transmisiones mecánicas i Motor Carga Motor Carga 1)PM = aC vC I M i 2 + aC vC I C + τ C vC 1) PM = aC vC I M + aC vC I C + τ C vC kp 2)Juego 2) Sin juego aM = v I M + IC v τ Motor τ aM = τ = k pv IC IM + i2 kp aM = v I M + ICPágina 25 Año 2009 i2 Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservados Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  26. 26. Dimensionamiento de motores Transmisiones mecánicas i Motor Carga Motor Carga 1)PM = aC vC I M i + aC vC I C + τ C vC 1) PM = aC vC I M + aC vC I C + τ C vC 2 kp kp 2) Juego aM = v 2) Sin juego aM = v I M + IC I M + IC i2 3) Mantenimiento y fallas 3) Menos componentes 4) Rendimiento 4) Menos pérdidas Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 26 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  27. 27. Dimensionamiento de motores Motores Torque Un motor torque es básicamente un motor sincrónico con una gran cantidad de polos. El control es idéntico a un servomotor sincrónico estandar Desde 30 RPM y hasta 7000 Nm como tamaños estandar Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 27 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  28. 28. Dimensionamiento de motores Montaje de motores Torque Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 28 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  29. 29. Dimensionamiento de motores Transmisiones mecánicas (2) Modo regeneración Energía perdida Modo motórico Energía Energía i/k motor carga Em Rendimiento: ηm = c g Ec Em ¿Cómo atacar el problema? 1) Calcular los torques y velocidades de la carga, sin considerar el rendimiento, con las ecuaciones anteriores M cal 2) Si el torque tiene el mismo sentido de la velocidad M c arg a = ηm Si el torque tiene opuesto sentido de la velocidad M c arg a = M calη g 3) M total = J motor γ motor + M c arg a Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 29 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  30. 30. Dimensionamiento de motores Ejemplo 2: Mesa giratoria con reductor (1) i = 10 La mesa debe moverse un ángulo de 90° en 0,1 segundos cada 0,2 segundos. Momento de inercia de la mesa: J mesa = 0,005 kgm 2 Valores reflejados: ∆α = 90o ⋅ i = 900o 0,005 kgm 2 J ref mesa = = 0,00005 kgm 2 = 0,5 kgcm 2 i2 Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 30 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  31. 31. Dimensionamiento de motores Ejemplo 2:Mesa giratoria con reductor (2) Consideramos un perfil de velocidad triangular: n pico ⋅ 0,1 s 900 o = 2 npico Velocidad (grados/s) n pico = 18000 o = 3000 rpm s 900° n pico γ pico = = 360000 o = 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,05 s s2 Tiempo (segundos) γ pico = 6283 r s2 M motor = M externos + Jγ ref Aceleración (grados/s^2) 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 J = J mesa+ J motor + J red ref Tiempo (segundos) M motor ≥ 0,314 ⋅ Nm pico Es 10 veces menor Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 31 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  32. 32. Dimensionamiento de motores Ejemplo 2: Mesa giratoria con reductor (4) Cálculo de la velocidad media: 9000 Velocidad (grados/s) 0 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 Tiempo (segundos) Período 0,2s 10 veces mayor Area 900o nmedia = = = 4500 o = 752 rpm Perìodo 0,2 s s Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 32 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  33. 33. Dimensionamiento de motores Ejemplo 2: Mesa giratoria con reductor (3) Technical Data: 1FK7042-5AF71-1AU5-Z B13 +G21 +H11 Output P2 0,79 kW (S3 operation 60% according to EN60034-1) Output torque M2 25,6 Nm (S3 operation 60% according to EN60034-1) Output speed n2 296 rpm Nominal ratio inom 10 Exact ratio iexakt 507/50 (converter input) Torsional backlash j2 12 arcmin Max. permiss. acceleration torque M2max 92 Nm Max. permiss. cantilever force on the gear Frzul shaft end (referred to the center of output shaft) 2037 N Max. permiss. input speed n1max 4000 rpm (S3 operation 60% according to EN60034-1) Moment of inertia J 3,22 kgcm2 (corresponding to motor shaft) Weight m 14,4 kg (without oil) Quantity of oil 0,4 l (related to mounting position) Max. permiss. gear case temperature 90 °C Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 33 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  34. 34. Dimensionamiento de motores Ejemplo 2: Mesa giratoria con reductor (5) Cálculo del torque eficaz (RMS): M motor ≥ 2,33 ⋅ Nm pico Rendimiento 90% 3 3 2 2 1 1 Torque (Nm) Torque (Nm) 0 0 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 -1 -1 -2 -2 -3 -3 Tiempo (s) Tiempo (s) Se eleva al cuadrado 10 Torque al cuadrado (Nm^2) M RMS ≥ 1,7 Nm Se calcula la media y luego la raíz cuadrada 0 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 Tiempo (s) Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 34 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  35. 35. Dimensionamiento de motores Ejemplo 2: Mesa giratoria con reductor (6) Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 35 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  36. 36. Dimensionamiento de motores Ejemplo 2: Mesa giratoria con reductor (7) Technical Data: 1FK7032-5AK71-1AU5-Z B13 +G21 +H11 Output P2 0,3 kW (S3 operation 60% according to EN60034-1) Output torque M2 9,59 Nm (S3 operation 60% according to EN60034-1) Output speed n2 296 rpm Nominal ratio inom 10 Exact ratio iexakt 507/50 (converter input) Torsional backlash j2 12 arcmin Max. permiss. acceleration torque M2max 48 Nm Max. permiss. cantilever force on the gear Frzul shaft end (referred to the center of output shaft) 2037 N Max. permiss. input speed n1max 4000 rpm (S3 operation 60% according to EN60034-1) Moment of inertia J 0,816 kgcm2 (corresponding to motor shaft) Weight m 12,3 kg (without oil) Quantity of oil 0,4 l (related to mounting position) Max. permiss. gear case temperature 90 °C Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 36 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  37. 37. Dimensionamiento de motores Ejemplo 2: Mesa giratoria con reductor (8) ωmedia = 752 rpm M RMS ≥ 0,6 Nm J mesa = 0,5 kgcm 2 ref J 7042 = 3,22 kgcm 2 J 7032 = 0,816 kgcm 2 Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 37 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  38. 38. Dimensionamiento de motores Comparación con y sin reductor Sin reductor Con reductor Velocidad del motor n = nc arg a n = nc arg a ⋅ i Momento de J c arg a Inercia reflejado al J = J motor + J c arg a J = J motor + 2 + J reductor motor i Aceleración del motor γ = γ carg a γ = γ c arg a ⋅ i Torque del M = ( J motor + J c arg a )γ c arg a  J c arg a  M =  J motor + J reductor + 2 γ c arg a ⋅ i  motor  i   + M externos M M = M externos + Jγ + externos i Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 38 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  39. 39. Dimensionamiento de motores Comparación con y sin reductor  J c arg a  M M =  J motor + J reductor + 2 γ c arg a ⋅ i + externos   i   i J c arg aγ c arg a + M externos M = ( J motor + J reductor ) γ c arg a ⋅ i + i i J motor + reductor γ c arg a J c arg aγ c arg a + M externos La reducción que J c arg aγ c arg a + M externos minimiza el par es imin_ par _ RMS = RMS cuando los dos términos ( J motor + J reductor )γ c arg a _ RMS tienen el mismo peso M externos = 0 J c arg a Falta considerar la imin_ par = J cref a = J motor + J reductor arg eficiencia del reductor J motor + J reductor Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 39 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  40. 40. Dimensionamiento de motores Servomotores reductores y reductores (1FK7) Tipo Forma Código Observaciones - Alto rendimiento Coaxiales Dxx - Elevado par Servomotores reductores - Coaxial - Elevado par y fuerzas radiales Ejes Cxx - Espacio reducido paralelos - Alto rendimiento -Salida 90 grados -Espacios reducidos Par Cónico Bxx -Elevado par y fuerzas radiales -Alto rendimiento - Salida 90 grados Sin fin - Grandes reducciones Exx Corona - Espacio reducido - Nada/poco reversible - Bajo juego Reductores LP - Coaxial - Alto rendimiento Planetarios - Muy bajo juego SP - Coaxial - Alto rendimiento Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 40 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  41. 41. Dimensionamiento de drives Conversores/Inversores (1) Línea Línea Elementos Elementos de entrada de entrada Rectificador Conversor Inversor Inversor Elementos Elementos Elementos de salida de salida de salida Motor Motor Motor Carga Carga Carga Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 41 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  42. 42. Dimensionamiento de motores Cálculo de corrientes (1) Motores sincrónicos: 0,85 ≤ b1 ≤ 1 Constante de par Par máximo Par a rotor parado Corriente máxima Corriente a rotor parado Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 42 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  43. 43. Dimensionamiento de motores Cálculo de corrientes (2) Motores asincrónicos: Zona de debilitamiento de campo Para M mot ≥ M mot n hay que incrementar la corriente que resulta de esta formula hasta llegar a un 10% de aumento cuando M mot = 2 M mot n Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 43 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  44. 44. Dimensionamiento de drives Conversores/Inversores (2) Con el motor seleccionado se obtiene el gráfico de corriente: Corriente (A) Corriente (A) modulo Tiempo (s) Tiempo (s) Período Tiempo de ciclo I mot max ≤ I inv max I mot RMS ≤ I inv nom (300s) Comparo con las curvas de los conversores/inversores: Sinamics S120: Masterdrive MC: Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 44 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  45. 45. Dimensionamiento de drives Conversores/Inversores (3) En general el período no coincide con el de la curva: Corriente (A) 0 20 40 60 80 100 Tiempo (s) Período=100s El período de la corriente El período de la corriente es mayor al de la curva es menor al de la curva Se expande la Se ventanea la curva curva de corriente en el “peor” lugar Corriente (A) Corriente (A) 0 100 200 300 400 500 600 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Tiempo (s) Tiempo (s) Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 45 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  46. 46. Dimensionamiento de drives Conversores/Inversores (3) Depreciación (derating) : Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 46 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  47. 47. Dimensionamiento de drives Ejemplo: Mesa giratoria (1) Cálculo de la corriente: 4 2,5 3 2 2 Corriente (A) Torque (Nm) 1 1,5 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 1 -1 -2 0,5 -3 0 -4 0 0,1 0,2 0,3 0,4 Tiempo (s) Tiempo (s) Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 47 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  48. 48. Dimensionamiento de drives Ejemplo: Mesa giratoria (1) 2,5 2 Corriente (A) 1,5 1 0,5 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 Tiempo (s) Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 48 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  49. 49. Dimensionamiento de drives Rectificadores y resistencias de frenado (1) Línea Línea Elementos Elementos de entrada de entrada Rectificador Conversor Inversor Inversor Elementos Elementos Elementos de salida de salida de salida Motor Motor Motor Carga Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los Carga Carga derechos reservadosPágina 49 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  50. 50. Dimensionamiento de drives Rectificadores y resistencias de frenado (2) Análogo al los inversores pero con la potencia o corriente: 1 Motor: Pmotor = M ⋅ ω Considerar las unidades!! Línea Carga Rectificador Inversor Potencia (W) Tiempo (s) Resistencia Unidad de frenado Pmotor Prectificador = motórico Prect . / resis . = Pmotor ⋅η motor ⋅ηinversor regenera η motor ⋅ηinversor Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 50 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  51. 51. Dimensionamiento de drives Rectificadores y resistencias de frenado (3) Potencia (W) Potencia (W) Tiempo (s) Tiempo (s) Potencia modo motórico Potencia regenerada Prect max ≤ Prect max motórico 300s Pmotórico rec media ≤ Prec nom Resistencia Rectificador Rectificador (Regenerador) Prect / res max ≤ Prect / res max regenera Prec / res media ≤ Prec / res nom regenera En el caso de tener que dimensionar por corriente: Prect I rect = I max/ cons ≤ I max reg I reg / cons ≤ I nom RMS Vcontinua Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 51 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  52. 52. Dimensionamiento de drives Rectificadores y resistencias de frenado (3) Decalaje (derating) Rectificadores: Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 52 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  53. 53. Dimensionamiento de drives Rectificadores y resistencias de frenado (2) Línea Prect max = ∑ Pmax Fc1 Inversor Prect RMS ≅ ∑ PRMS F 2 c Rectificador Inversor Se debe considerar el peor caso para el consumo y la regeneración por separado Prectificador = ∑ Pmotor Potencia (W) Tiempo (s) Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 53 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  54. 54. Dimensionamiento de drives Ejemplo: Mesa giratoria (1) Cálculo de la potencia: 31,4 200 Velocidad (r/s) 150 Pmotor = M ⋅ ω 100 Potencia (W) 0 50 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 Tiempo (segundos) 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 4 -50 3 -100 2 Torque (Nm) 1 -150 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 -1 -200 -2 -3 Tiempo (s) -4 Pmotor Prect . / resis. = Pmotor ⋅η motor ⋅ηinversor regenera Tiempo (s) Prectificador = consume η motor ⋅ηinversor 200 150 100 Potencia (W) 50 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 -50 -100 -150 -200 Tiempo (s) Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 54 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  55. 55. Dimensionamiento de drives Ejemplo: Mesa giratoria (2) 200 Distintos casos para 2 sistemas iguales: 150 100 Potencia (W) 50 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 -50 -100 -150 -200 Tiempo (s) 300 300 200 200 100 100 Potencia (W) Potencia (W) 0 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0 0,1 0,2 0,3 0,4 -100 -100 -200 -200 -300 -300 Tiempo (s) Tiempo (s) Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 55 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  56. 56. Dimensionamiento Pasos a seguir Analizar el Analizar el movimiento de la movimiento de la carga carga M (t ) , ω (t ) , J M ( t ) , ω( t ) , J Analizar reductor Analizar reductor M RMS , ω Media M RMS , ω Media Dimensionar el Dimensionar el motor motor I RMS , I max I RMS , I max Dimensionar el Dimensionar el inversor inversor P(t ) + P(t ) regenera regenera motórico motórico Pmedia , Pmax Pmedia , Pmax Dimensionar el Dimensionar el rectificador regenerador y/o resistencia de frenado Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 56 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  57. 57. Encoders Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 57 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  58. 58. Captadores de posición Introducción Funciones: - Obtener la posición y la velocidad de los ejes de la maquina para visualizar y/o realimentar. Ubicación: Obtengo la posición real del El control del eje del motor s´,v´ es bueno pero no conozcopero la realimentación eje Captador la posición del eje real incluye las trasmisiones Captador s,v Transmisiones Controlador Motor Eje mecánicas juego y elasticidad Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 58 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  59. 59. Captadores de posición Introducción Position Speed Current Power controller controller controller unit Motor xset nset Iset M - xact - nact - Iact E Encoder Actual-current-value detection Encoder evaluation Speed Position Position Speed Current Power controller controller controller unit xset nset Iset M G - xact - nact - Iact G Actual-current-value detection Actual speed value Actual position value Sujeto a cambios sin previo aviso / Copyright © Siemens AG 2009. Todos los derechos reservadosPágina 59 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria
  60. 60. Captadores de posición Tipos de captadores Bloques funcionales: Sistema Dispositivo Procesamiento mecánico Señal electrónico Pos. eléctrico eléctrica vel. Tipos de captadores: Resolvers Una vuelta Encoders sin/cos Absolutos Multivuelta Encoders absolutos Encoders HTL/ TTL (generador de pulsos) Incrementales (relativos) Encoders Sujeto a cambios sin previo incrementales sin/cos los derechos reservados aviso / Copyright © Siemens AG 2009. TodosPágina 60 Año 2009 Siemens Austral-Andina / Argentina / Sector Industria

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