Beneficios de los variadores PowerFlex 4M

Los variadores PowerFlex 4M es la solución más económica y compacta para control de velocidad de Allen Bradley. Este variador posee modo de control V/Hz con un nivel de sobrecarga de 150% por 60 segundos, 200% por 3 segundos. Por lo cual es apto para aplicaciones livianas como ventiladores, sopladores y bombas centrífugas, puede ser utilizado con motoreductores en bandas transportadoras o mezcladores con producto liviano. El variador posee una regulación de velocidad de ±2% de la velocidad base en una relación de 40:1.

El diseño del variador permite sustituir arrancadores directos debido a que su acometida es por la parte superior, y los cables de potencia por la parte inferior.

Figura 1. Variadores de frecuencia PowerFlex 4M [2]

El PowerFlex 4M está disponible en los siguientes rangos de potencias/tensiones:

• 100-120V, Monofásico, 0.2-1.1 kW (0.25-1.5 Hp) – Salida 240 VAC trifásico.
• 200-240V, Monofásico, 0.2-2.2 kW (0.25-3.0 Hp) – Salida 240 VAC trifásico.
• 200-240V, Trifásico, 0.2-7.5 kW (0.25-10 Hp)
• 380-480V, Trifásico, 0.37-11.0 kW (0.50-15 Hp)

 El display incluye botones con función de arranque, paro, cambio de sentido de giro y un potenciómetro embebido para poder realizar control de velocidad desde el mismo variador sin necesidad de modificar ningún parámetro. En caso que se desee otra fuente de arranque se debe modificar el parámetro P106 y otra referencia de velocidad debemos modificar el parámetro P108.

Figura 2. Keypad integrado en los PowerFlex 4M [3]

En el siguiente video de nuestro canal de YouTube podrá conocer físicamente el PowerFlex 4M:

 Entradas y salidas.

Los PowerFlex 4M poseen la siguiente cantidad de entradas y salidas:

• 5 entradas digitales (dos programables).
• 1 entrada analógica 0 a 10 VDC
• 1 entrada analógica 4 a 20 mA.
• 1 salida digital tipo relé, un polo doble tiro.

En la siguiente imagen se muestra el diagrama de las terminales de control para el PowerFlex 4M.

Figura 3. Bloque de terminales de control PowerFlex 4M [1]

Para facilitar la puesta en marcha las entradas digitales poseen una función definida: entrada digital 1 (Paro), entrada digital 2 (arranque) y entrada digital 3 (cambio de sentido de giro).  En el parámetro 106 se define si el arranque es 2 o 3 hilos.

Figura 4. Bloque de terminales (color verde) de control PowerFlex 4M [3]

 Módulos de comunicación.

Los PowerFlex 4M poseen incorporado un puerto Modbus RTU, los detalles técnicos se pueden consultar en el apéndice C del manual de usuario publicación 22F-UM001 [1]. Este puerto adicionalmente se utiliza para conectar la pantalla de montaje en puerta y la convertidor 1203-USB que permite configurar el PowerFlex 4M mediante el software Connected Components Workbench.

Al PowerFlex 4M se pueden adicionar módulos de comunicaciones opcionales para protocolos EtherNet/IP, Modbus, Profibus, BacNet y DeviceNet, estos módulos requieren un chasis externo para su instalación mostrado en la siguiente imagen. En caso de aplicaciones nuevas, cuando el variador sea integrado en red se recomienda considerar el PowerFlex 525 que es una solución más costo efectivo.

Figura 5. Chasis externos para instalación de módulos comunicación opcionales. [2]

Funciones incorporadas.

Entre las funciones incorporadas podemos encontrar:

• Tiempos aceleración 2, desaceleración 2 (Parámetros A401, A402): Permite poder programar dos rampas diferentes en caso de que el mismo variador trabaje con dos recetas o productos diferentes y requieran tiempos de aceleración y desaceleración diferentes.

• % Curva S (Parámetro A403): Permite realizar las transiciones más suaves en las rampas de aceleración y desaceleración. El dato por programar es un porcentaje, implica en cuánto por ciento más se aumentará el tiempo de las rampas en el variador para brindar esta transición suave.

Figura 6. Interfaz para programación de rampas en el Software Connected Components Workbench

• Jog/Impulso (Parámetros A404, A405): Permite al variador arrancar a cierta velocidad configurable (siempre y cuando la señal de paro o enable no están activas) sin necesidad pulsar el botón de arranque. El eje del motor se mantendrá girando mientras la entrada digital configurada con la función de jog esté activa. Una aplicación donde normalmente se utiliza es en tornillos sin fin cuando este se atora, para poder liberar el eje se le brinda al operario un botón pulsador para realizar un jog en reversa.

• 4 velocidades fijas (Parámetros A410-413): Las entradas digitales se puede configurar para cuándo estas se activen el variador gire a una velocidad fija o “preset de frecuencia”, para esto las entradas digitales 1 y 2 parámetros t201 y t202 se deben programar en la opción 5, seguidamente las velocidades se definen en los parámetros Parámetros A401 y A402.

• Saltos de bandas de frecuencia (Parámetros A418, A419): Mediante esta función se puede definir un rango de frecuencias en las cuales el variador no se establecerá, esto con el fin de evitar resonancia mecánica

Figura 7. Saltos de bandas de frecuencia. [1]

• Arranque al encedido/ Autoborrado de fallas (Parámetros A433, A451, A452): esta función permite al variador restablecerse automáticamente y si es necesario reiniciarse, se utiliza en aplicaciones críticas como sistemas de bombeo de agua potable los cuales normalmente se ubican remotamente y se requieren que operen en todo momento.

• Deshabilitación de reversa (Parámetro A434): En ciertas aplicaciones el girar en sentido inverso puede implicar una condición no segura o daños a activos, por ejemplo en bombas centrífugas se les deshabilita el sentido de giro para evitar que la misma entre en estado de cavitación.

• Flying Start/Arranque al vuelo (Parámetro A435): Esta función permite al variador arrancar cuando el eje esté girando. Se utiliza en aplicaciones con altas inercias o en las cuales el eje por influencia de fuerzas mecánicas externas pueden poner a rotar el eje del motor previo al arranque. Un ejemplo de aplicación donde se habilita normalmente es en ventiladores y sopladores.

Figura 8. La función de Flying Start es recomendable habilitarla en ventiladores y cargas de alta inercia. [2]

• Variable de proceso (Parámetros A440, d010): permite escalar una variable del proceso para ser monitoreada en el parámetro d010.                          

• Limitador de corriente (Parámetro A442):  En esta función se determina un valor límite de corriente del cual el variador no sobrepasará. En caso de que la carga aumente el variador reducirá la velocidad para evitar que se incremente la corriente de salida.

• Ajuste de curva V/Hz (Parámetro A453, A457):  Los ajustes de la curva V/Hz permiten modificar la tensión en el momento del arranque, modificando así el par brindado por el motor. En la siguiente imagen se muestras los posibles ajustes de esta curva.

Figura 9.  En la imagen se muestran los puntos a ajustar de la curva V/Hz. [1] 

Interfaces de programación.

El PowerFlex 4M se puede programar mediante el keypad, HIM o pantalla de montaje en puerta del gabinete (22HIMC2S) o mediante el software utilizando el convertidor 1203USB.

Mediante la pantalla los parámetros se muestran agrupados acorde a su función como se muestra en la siguiente imagen. La puesta en marcha básica se realiza con el grupo P, en caso de que se requiera programa alguna entrada o salida del bloque de terminales se programa en el grupo t, para otros parámetros existe el grupo A de Avanzado.

Figura 10. Grupos de parámetros del PowerFlex 4M [1]

El Software Connnected Componentes Workbench permite realizar la puesta en marcha de todos los variadores PowerFlex AC, DC y media tensión, adicionalmente puede ser utilizado para configurar controladores Micro800, servosdrives Kinetix tipo componente, relés seguridad y arrancadores suaves. En la siguiente imagen de muestra la interfaz o convertidor USB requerido por los variadores PowerFlex 4M.

Figura 11. La interfaz 1203-USB permite configuración de los variadores PowerFlex 4M mediante el software CCW.

Documentación

Entre los documentos disponibles para el PowerFlex 4M se encuentran:

Manual de usuario Publicación 22F-UM001

Datos técnicos Publicación 22F-TD001

Guía rápida de Inicio Publicación 22F-QS001

Bibliografía.

[1] PowerFlex 4M Adjustable Frequency Drive FRN 1.xx - 2.xx User Manual, Publicación 22F-UM001, Rockwell Automation, junio 2013, disponible en:

http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/um/22f-um001_-en-e.pdf

[2] Guía de selección de variadores PowerFlex, Publicación PFLEX-SG002, Rockwell Automation, agosto 2017, disponible en:

http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/sg/pflex-sg002_-es-p.pdf

[3] Technical Data PowerFlex 4M, Publicación 22F-TD001, Rockwell Automation, junio 2013, disponible en:

http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/td/22f-td001_-en-p.pdf