Guía de selección de variadores de CA de medio voltaje PowerFlex 7000 Tecnología Direct-to-Drive Enfriado por aire Enfriado por líquido

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1 Guía de selección de variadores de CA de medio voltaje PowerFlex 7000 Tecnología Direct-to-Drive Enfriado por aire Enfriado por líquido

2 POWERFLEX 7000 VARIADORES DE CA DE MEDIO VOLTAJE Mejore la eficiencia y maximice la rentabilidad con una solución única para todas sus aplicaciones de control de motor, desde 200 HP hasta 34,000 HP (150 kw a 25,400 kw). El variador de voltaje medio PowerFlex 7000 de Allen-Bradley permite un arranque suave y control de velocidad variable de los procesos con demandas de alta alimentación eléctrica, para reducir los costos de energía, el mantenimiento y el desgaste del motor. La avanzada tecnología de semiconductores de alimentación eléctrica reduce el número de componentes al mínimo en cada variador de voltaje medio disponible, lo cual permite aumentar los ahorros y la confiabilidad y reducir el tiempo improductivo así como las piezas de repuesto. Estos variadores utilizan estrategias de control de motor inteligente para que usted aproveche al máximo su inversión al usar software de comunicación y la capacidad de programación para monitorear y controlar sus procesos. Nuestra completa línea de productos ofrece virtualmente formas de onda de corriente y voltaje perfectas para permitir el uso de motores y cables de motor estándar o existentes. Todos los variadores de voltaje medio PowerFlex 7000 cumplen con las normativas vigentes de NEC, IEC, NEMA, UL y CSA. Lo que PowerFlex 7000 ofrece es máximo tiempo productivo, facilidad de uso y menor costo total de propiedad. Tecnología Direct-to-Drive Reduzca el costo, tamaño y peso de su sistema de variador de voltaje medio con el PowerFlex 7000 de Allen-Bradley con tecnología Direct-to-Drive. Ésta es la primera y única tecnología que permite conectar un variador de voltaje medio directamente a la alimentación eléctrica del servicio público sin un transformador de aislamiento. Los transfor - madores de aislamiento con múltiples bobinados secundarios se necesitan para los variadores de CA tradicionales a fin de resolver el problema de armónicos del lado de la línea y el voltaje del modo común. Sin embargo, los transformadores de aislamiento típicos son grandes, pesados, costosos, complejos e ineficientes. La tecnología Direct-to-Drive combina una sección de entrada activa (AFE) para reducir considerablemente los armónicos del lado de la línea y un inductor de vínculo de CC patentado para ajustar el voltaje del modo común en su fuente. Al corregir los armónicos y el voltaje del modo común, el transformador de aislamiento se vuelve redundante. Esto reduce la complejidad del sistema para maximizar el tiempo productivo y aumenta la efi - ciencia del sistema reduciendo los costos de operación. El voltaje de salida y formas de onda de corriente excelentes en toda nuestra línea de productos hacen que sea ideal para aplicaciones readaptadas y permite usar motores estándar en nuevas aplicaciones. PowerFlex 7000 enfriado por aire Mejore el control del motor y aumente la eficiencia de la energía en aplicaciones de motor de 200 HP a 5,500 HP (150 kw a 4,100 kw) con los variadores de frecuencia variable de CA, de voltaje medio, enfriados por aire, PowerFlex 7000 de Allen-Bradley. Tres configuraciones (Direct-to-Drive, AFE y 18 impulsos) permiten una óptima flexibilidad para una variedad de instalaciones. 2

3 PowerFlex 7000 enfriado por líquido Los usuarios que necesitan mayor potencia pueden reducir el uso de energía y mejorar los procesos de control en motores de 3,000 a 8,500 hp (2,240 a 6,340 kw), con 4,160 a 6,900 volts de voltaje nominal de alimentación. Aumente la confiabilidad con el sistema de enfriamiento por líquido de bucle cerrado con intercambiadores de calor del tipo líquido-aire o líquido-líquido y un gabinete de bombas integrado. Los módulos patentados PowerCage permiten reemplazar los dispositivos eléctricos en menos de diez minutos. Los costos de instalación se reducen al utilizar un gabinete central para cables para todo el conjunto del variador. PowerFlex 7000 con mayor potencia Disponibles hasta 34,000 hp (25,400 kw), estos módulos de variadores de alta potencia enfriados por aire y por líquido utilizan tecnología de comprobada eficacia y cuentan con los beneficios de los variadores de voltaje medio PowerFlex Los sistemas de variadores PowerFlex 7000 con mayor potencia representan soluciones efectivas para copias de respaldo dinámicas y redundancia, readaptaciones de inversores de cargas conmutadas (LCI), y actualizaciones de potencia. Los controladores de motores de voltaje medio Allen-Bradley personalizan todo el control del sistema para su aplicación específica, gracias a la amplia gama de arrancadores de voltaje medio Allen-Bradley: arrancado - res de salida/de derivación de variador, arrancadores de entrada de variador, arrancadores de voltaje pleno, arrancadores de voltaje reducido y arrancado - res de voltaje reducido de estado sólido, arrancadores de dos velocidades y arrancadores síncronos. Todos los controladores cuentan con opciones de monitoreo y diagnóstico para hacer más precisa y rápida la resolución de problemas, la planificación del mantenimiento, la gestión de activos y la reducción del tiempo improductivo. 3

4 TECNOLOGÍA DIRECT-TO-DRIVE Reduce los costos de capital, instalación y operación La tecnología Direct-to-Drive puede: Reducir los costos de capital: No necesita transformador de aislamiento. Reducir los costos de instalación: No necesita un relé de protección para el transformador de aislamiento, un filtro DV/DT, un filtro sinusoidal, un terminador de protección al motor o cables de corriente especiales del lado de la línea o del lado del motor. Reducir los costos de transporte: Un sistema de variador más pequeño y liviano es más fácil de manipular y menos costoso para enviar. Reducir los costos de operación: Mayor eficacia del sistema y mayor capacidad regenerativa inherente que puede devolver la energía al dispositivo. Reducir los costos de mantenimiento: El rectificador y el inver - sor comparten las piezas inferiores y varios componentes. Reduce el tamaño y el peso del sistema de variador Reducir el tamaño y el peso del variador constituye una ventaja estratégica para la industria mundial, donde el uso de transfor - madores y el espacio de la sala de control es muy costoso, como en las plataformas de petróleo y gas situadas mar adentro. Los sistemas PowerFlex 7000 con tecnología Direct-to-Drive son: Mucho más pequeños y livianos que los sistemas de variadores que utilizan transformadores de aislamiento. Ideales para proyectos de readaptaciones, de mejoramiento de procesos o de ahorro energético utilizando los motores, los interruptores y las salas de control ya existentes. Control inteligente de motores Todos los variadores PowerFlex 7000 cuentan con características de control inteligente de motores, tales como: Software de comunicaciones Software de interface de operador que monitorea diversos parámetros del variador y que envía información en tiempo real para ayudar a pronosticar y evitar el tiempo improductivo. Regeneración de energía eléctrica La regeneración inherente provee el método de paro del motor más eficiente y la posibilidad de retorno de la energía eléctrica al sistema de distribución. 4 Derivación síncrona La transferencia síncrona y la capacidad de derivación opti - mizan el control eficiente de motores permitiendo usar un variador para controlar un sistema de múltiples motores. Mientras el variador controla un motor, la información del proceso crítico de cada uno de los motores es monitoreada independientemente.

5 Diseño innovador Históricamente los variadores de CA de voltaje medio (2.4 kv a 6.9 kv), han utilizado topología de energía eléctrica que genera voltaje en modo común, lo que puede provocar el fallo prematuro del aislamiento del bobinado del motor. Los trans - formadores de aislamiento de impulsos múltiples se utilizan regularmente para dirigir esta tensión de voltaje en modo común y también para mitigar armónicos. El innovador diseño PowerFlex 7000 con tecnología Direct-to-Drive conecta la fuente de alimentación eléctrica directamente al variador de voltaje medio sin el uso de un transformador de aislamiento. La tecnología de flanco ascendente combina tres inno - vaciones diseñadas para lograr la tecnología Directto-Drive sin transformadores: el tiristor simétrico conmutado por compuerta (SGCT) tanto en el inversor comoo en el rectificador permite opera - ciones de alta frecuencia de conmutación para minimizar pérdidas por conmutación; el rectificador de sección de entrada activa (AFE) utilizado en la etapa de entrada; y el regulador en modo común para bloquear el voltaje en modo común. El tiristor simétrico conmutado por compuerta (SGCT) El tiristor simétrico conmutado por compuerta (SGCT) es la integración del semiconductor de energía y la compuerta del variador para producir patrones de conmutación con anchura de impulso modulada que reducen considerable - mente los armónicos de corriente de línea y disminuye los requisitos del amortiguador y las pérdidas por conmutación. La distorsión total de armónicos (THD) de la corriente de entrada cumple con la norma IEEE y con la mayoría de las pautas de armónicos globales en casi todos los sistemas. Las formas de onda de corriente y de voltaje son sinusoidales, minimizando la tensión del voltaje en el bobinado del motor, aún si está conectado con cables largos. Rectificador de sección de entrada activa (AFE) Para reducir los armónicos, la sección de entrada activa utiliza conmutación activa y eliminación selectiva de armónicos (SHE), y provee un factor de potencia cercano a la unidad. Tecnología de protección de voltaje en modo común El regulador de modo común integrado provee gran impedancia a la corriente de modo común y mitiga el voltaje del motor de neutro a tierra. 2,286 mm (90 pulgadas) 3,000 kg (6,600 Ibs) 3,100 mm (122 pulgadas) 2,640 kg (5,800 Ibs) Comparación de dimensiones entre un variador de 18 impulsos con transformador de aislamiento (izquierda) y un variador PowerFlex 7000 con tecnología Direct-to-Drive (derecha) 2,400 mm (94.5 pulgadas) 2,950 kg (6,500 Ibs) 5

6 ENFRIADO POR AIRE PAQUETE COMPACTO Los variadores PowerFlex 7000 enfriados por aire aumentan el rendimiento energético en aplicaciones de motores de 200 hp a 5,500 hp (de 150 kw a 4,100 kw) y el voltaje de alimentación de 2,400 a 6,900. Aumente el control del motor y la fiabilidad del sistema con menor número de componentes, diseño sencillo e interruptores de semiconductores de energía de tiristor simétrico conmutado por compuerta (SGCT) de 6,500 volts, que ayudan a reducir el tiempo improductivo y el número de piezas de repuesto. El mantenimiento es simple y rápido con el inversor patentado PowerCage y los módulos rectificadores que permiten reemplazar el SGCT en menos de diez minutos. Configuración #1 Tecnología Direct-to-Drive La tecnología Direct-to-Drive se conecta directamente a la corrien te eléctrica del dispositivo sin un transformador de aislamiento. En motores nuevos o ya existentes, la tecnología Direct-to-Drive eli mina filtros del motor innecesarios y el voltaje en modo común y, al mismo tiempo, ahorra espacio en la sala de control con un sistema más y liviano pequeño de variadores que un variador que necesita un transformador. Se reducen los costos de instala ción al eliminar la necesidad de un relé de protección del trans formador, un filtro DV/DT, un filtro sinu - soidal o terminador de motor y cables especiales. Disponible con o sin arrancador de entrada integral. Configuración #2 Rectificador AFE El rectificador AFE se encuentra disponible con un transformador de aislamiento integral (hasta 160A en la mayoría de los voltajes) o configurado para ser conectado a un transformador de aislamiento (todos los tamaños) montado por separado. Esto permite una considerable reducción de tamaño y la posibilidad de disminuir los voltajes de mayor distribución. Configuración #3 Rectificador de 18 impulsos El recti ficador de 18 impulsos utiliza un transformador de aislamiento ubicado en el exterior. Esto permite una considerable reducción de tamaño y la posibilidad de disminuir los voltajes de distribu ción más altos. Se pueden utilizar transformadores tipo seco de interior, transformadores de aceite de intemperie o transforma dores de bobina vaciada. 6

7 ENFRIADO POR LÍQUIDO ALTA POTENCIA Variadores PowerFlex 7000 enfriados por líquido Reducen el uso de energía en motores de 3,000 a 8,500 hp (2,240 a 6,340 kw), de 4,160 a 6,900 volts de voltaje nominal de alimentación. El enfriamiento por líquido trae como consecuencia una transferencia de calor más eficiente que el enfriamiento por aire, con aproximadamente el 90% del calor extraído de la sala de control a través de un intercambiador de calor; por lo tanto, los costos de aire acondicionado de la sala de control se reducen significativamente. El sistema de enfriamiento por líquido de bucle cerrado con intercambiadores de calor del tipo líquido-aire o líquido-líquido y un gabinete de bombas integral con capacidad de bombeo redundante incrementa la confiabilidad. El mantenimiento es sencillo con los módulos del convertidor patentado PowerCage que permiten reemplazar los dispositivos de energía en menos de diez minutos. También se pueden reducir los costos de instalación al utilizar un gabinete para cables central para todo el conjunto del variador. Los variadores enfriados por líquido también son más tolerantes a los aumentos de temperatura y temperatura ambiente en la sala de control. 7

8 MÁS POTENCIA Para adaptarse a aplicaciones de mayor potencia hasta 34,000 hp (25,400 kw), Rockwell Automation ha diseñado un sistema modular de variadores que permite añadir variadores hasta que la alimentación eléctrica de los variadores se ajuste a los requisitos de la aplicación. Este sistema permite seguir en funcionamiento aún si una pieza falla, es ideal para aplicaciones con copia de respaldo dinámica y cuenta con la opción de control de redundancia. Un módulo central y los procesadores ControlLogix se utilizan para coordinar el funcionamiento del sistema modular de variadores. Las configuraciones de alta potencia cuentan con las siguientes características y beneficios: Compatible con motores trifásicos o de 6 fases. Funcionamiento continuo con capacidad reducida en caso de fallo de una pieza. Ideal para aplicaciones con copia de respaldo dinámica. Pantalla táctil de control PanelView Plus con interface a color. Esquema integral de protección de motores. Tendencias de diagnóstico gráfico incorporadas. Se pueden utilizar hasta cuatro módulos de variadores en un sistema. 8

9 INTERFACE DE OPERADOR TERMINAL DE INTERFACE FÁCIL DE USAR Disponible en varios idiomas, todas las funciones de la termi - nal de interface del operador de PowerFlex 7000 son fáciles de usar desde el saludo inicial de la pantalla de bienvenida. La terminal está diseñada para simplificar la puesta en mar - cha, el monitoreo y la resolución de problemas. El asistente de configuración ayuda a establecer los menús de paráme - tros requeridos mediante preguntas o confirmación de habi - litación para la operación deseada. Las advertencias y los comentarios aparecen con un texto de ayuda para guiar correctamente al usuario. El asistente de configuración junto con la función de autoajuste permiten ajustar el variador al motor y a la carga de manera rápida y precisa, lo que trae como resultado puestas en marcha rápidas, funcionamiento sin complicaciones y menor tiempo improductivo. Texto de gran tamaño y pantalla gráfica La terminal de interface del operador cuenta con pantalla LCD de 16 líneas y 40 caracteres, que facilita la lectura del texto y de los gráfi - cos. Los medidores de gráficos de barras se pueden configurar para variables de proceso comunes que incluyen velocidad, voltaje y carga. El teclado de membrana incluye teclas de función, teclas de dirección del cursor y teclas numerales para navegación por el menú, selección de items y entrada de datos. El con - junto estándar de dispositivos del operador incluye: botones pulsadores de arranque, paro, y paro de emergencia, interruptor selector local/remoto y potenciómetro de velocidad local. El módulo de identificación de variador precarga una planilla de información Un módulo de identificación de variador, único en cada variador PowerFlex 7000, captura la planilla de información de nuestros sistemas automatizados. Los datos de pedidos La pla - nilla brida información al firmware del varia - dor sobre detalles específicos del hardware del variador y aplicaciones. Esto trae como resulta - do menos tiempo de configuración en el lugar de instalación, ahorrando así, tiempo y dinero. 9

10 SGCT SEMICONDUCTOR DE ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA El PowerFlex 7000 utiliza tiristores simétricos conmutado por compuerta (SGCT) de 6.5 kv y tiene el menor número de dispositivos de conmutación de inversor de toda la topología de variadores MV. La estructura de la alimentación eléctrica no tiene fusibles, es inherentemente regenera - tiva y utiliza un inductor de enlace de CC limitador de corriente. Es resultado es un producto simple y resistente con muy pocos componentes y fiabilidad óptima. Las características únicas del SGCT y la topología de variador del PowerFlex 7000 hacen posible la aplicación más rentable de este versátil componente en inversores PWM y recticadores de sección de entrada activa PWM. Menor número de piezas PowerFlex 7000 necesita sólo seis inversores SGCT (a 2,300 volts) mientras otros variadores con IGBT o IGCT utilizan de 18 a 36 interruptores semiconductores de energía. Las características superiores del SGCT en combinación con el menor número de piezas convierten al variador PowerFlex 7000 en mucho más confiable. SGCT El interruptor semiconductor de energía ideal para variadores MV El tiristor simétrico conmutado por compuerta (SGCT) con compuerta integrada, alta frecuencia de conmutación, y doble enfriamiento es el interruptor semiconductor de energía ideal para aplicaciones de variadores MV. Su inversor de diseño compacto y eficiente es el resultado de un patrón de conmutación de modulación de anchura de impulsos (PWM) para los SGCT y ha sido optimizado para minimizar en todo lo posible las pérdidas en conducción y conmutación. El SGCT cuenta con un modo de fallo sin arco, sin interrupción; es decir, que el fallo queda contenido en el dispositivo. Esto asegura el mínimo tiempo medio de reparación (MTTR). Otros variadores MV con IGBT pueden tener modos de fallo de arco/ruptura que pueden tener un MTTR significativo para reconstruir el variador. 10

11 POWERCAGE DISEÑOS ENFRIADOS POR LÍQUIDO Y AIRE Innovador PowerCage Reduce el tiempo medio de reparación (MTTR) con reemplazo rápido y simple del dispositivo semiconductor de energía. Los módulos convertidores patentados PowerCage en cada variador PowerFlex 7000 alojan a los semiconductores de energía en un paquete modular y compacto con menos número de piezas y más rápido reemplazo del dispositivo semiconductor que cualquier otro variador MV. PowerCage enfriado por aire de PowerFlex 7000: Utiliza un diseño de disipador térmico de avanzada que funciona con un patrón de flujo de aire de alta presión para asegurar la transferencia de calor altamente efectiva y la reducción de la tensión térmica. Permite reemplazar el dispositivo de energía en menos de diez minutos. PowerCage enfriado por líquido de PowerFlex 7000: Cuenta con un innovador bloqueo de enfriamiento usado para transferir calor. Permite reemplazar el dispositivo de energía en menos de diez minutos. No es necesario drenar el sistema de enfriamiento para reemplazar el dispositivo. Enfriado por aire Enfriado por líquido 11

12 CALIDAD DE ENERGÍA ELÉCTRICA MENOS ARMÓNICOS DE LÍNEA Corriente de línea Voltaje de línea (VL-L) La tecnología Direct-to-Drive mitiga los armónicos de corriente de línea a los niveles referidos en las normas IEEE , EN y G5/4. Actualmente, la mayoría de los variadores MV en el mercado reduce el número de armónicos del lado de la línea aumentando el número de impulsos del rectificador a través de puentes paralelos del rectificador y transformadores de conmutación de fase. Estos variadores tienen mayor número de piezas, mayor complejidad y mayor número de conexiones. El variador PowerFlex 7000 ofrece varias soluciones para la reducción de armónicos de línea. 12 Rectificador de sección de entrada activa (AFE) El rectificador de AFE cumple con las normas IEEE y con la mayoría de las normas estándar de armónicos en gran parte de los casos, brinda un factor de energía cercano a la unidad, y optimiza el rendimiento de los variadores. Esta solución de calidad de energía se encuentra también disponible con un transformador de aislamiento al reducir el voltaje de distribución, lo que trae como resultado máxima flexibilidad. El rectificador de 18 impulsos cumple con las normas de armónicos IEEE en la mayoría de los casos en el transforma - dor de aislamiento de los variadores. Compatible con motores estándar Las formas de onda que no dañan al motor son el sello característico de los variadores MV de Allen-Bradley desde su introducción en Todas las configuraciones de variado - res MV PowerFlex 7000 MV cuentan con formas de onda de voltaje y corriente de salida sinusoidal en todas las velocidades y cargas, son compatibles con motores de inducción o síncronos estándar sin reduc - ción de capacidad nominal y no necesitan motor inversor.

13 Sin calentamiento adicional o tensión de voltaje al aislamiento del motor en comparación con el funcionamiento a velocidad fija El patrón de conmuta - ción PWM en el PowerFlex 7000 reduce los armónicos al motor, especialmente en frecuencias de operación más bajas. El patrón PWM trabaja junto con un condensador pequeño integral que reduce los armónicos de alto nivel en frecuencias más altas. Esto no provoca calentamiento adicional del motor o tensión de voltaje al aislamiento del motor como sucede en funcionamiento a velocidad fija. Voltaje de motor (VL-L) Corriente de motor Recorrido del cable del motor prácticamente ilimitado Mientras algunos variadores de frecuencia variable presentan limitaciones en el recorrido del cable del motor debido a altas fre - cuencias de conmutación o acoplamiento capacitivo, el recorrido del cable con PowerFlex 7000 es prácticamente ilimitado. Esta tecnología es capaz de controlar motores a una distancia máxima de 15 kilómetros (9.2 millas) del variador. La tecnología Direct-to-Drive mitiga el voltaje en modo común y no produce tensión de voltaje DV/DT o de onda reflejada en motores. Funcionamiento del motor suave y silen - cioso Para obtener un ambiente de trabajo más tranquilo y seguro, el variador de voltaje medio PowerFlex 7000 opera el motor de manera silen - ciosa, debido a la calidad de las formas de onda de voltaje y corriente, equilibrio de voltaje óptimo y velocidad reducida. 13

14 PRUEBA DELVARIADOR PRUEBA DE RENDIMIENTO DE VARIADORES MV Las pruebas internas ahorran tiempo y dinero ya que garantizan antes del envío que los variadores de voltaje medio cum - plirán con sus expectativas. Las pruebas en las instalaciones pueden ser poco prácticas debido al poco tiempo de puesta en marcha y asuntos imprevistos que traen como consecuencia tiempo improductivo costoso e innecesario. El sistema de variadores funciona sin inconve - nientes desde la puesta en marcha, maximizando así su producción inicial. Nuestras instalaciones de prueba examinan su variador en capacidad plena, como se utilizará en el campo, y garantizan que todo el sistema funciona y produce la energía eléctrica necesaria. Esto reduce el tiempo de puesta en marcha (y por lo tanto, reduce el tiempo de iniciación total del proyecto), prueba de eficiencia para ahorro de energía, pruebas con presencia del cliente, pruebas de sistema y sobrecarga, y diagnóstico de asuntos en el campo. Instalaciones de prueba en Cambridge Las costosas instalaciones de prueba de variadores de voltaje medio de Rockwell Automation, en Cam - bridge, Ontario, Canadá, permiten realizar pruebas a carga completa de variadores de voltaje medio hasta 7,000 hp. Las instalaciones cuentan también con base de motores para montar los motores del cliente en pruebas combinadas con el variador PowerFlex 7000, y tiene la infraestructura para examinar grandes transformadores con el sistema de variadores. El dinamómetro (configuración de motores y variadores utilizado para pruebas de carga) consta de dos motores de inducción de 2,500 hp (1,865 kw) a 3,810/6,600 volts, y un motor de inducción de 5,500 hp (4,103 kw) a 2,400/4,160 volts. El dinamómetro puede simular dos tipos de cargas diferentes: como par constante en el transportador y en aplicaciones del compre sor reci procante, y como par variable en las apli - caciones de bombas, ventiladores y compresores centrífugos. Varios transformadores de tipo seco impulsan el área de prueba y producen voltaje de 1,000 V a 13.8 kv en configuraciones de 6 y 18 impulsos. Otro transformador de 8,600 kva provee potencia al compartimiento de prueba de alta potencia. 14 INSTALACIONES DE PRUEBA EN CAMBRIDGE Características instalaciones de prueba de voltaje medio de 10,325 ft 2 (959 m 2 ). 10 compartimientos de prueba. 3 variadores regenerativos más 2 variadores de demostración al cliente. 9 motores MV, con un total de 16,650 hp (12.4 MW). 7 transformadores, con un total de 23,860 kva. Capacidades Pruebas con rectificadores de 6 impulsos, 18 impulsos o AFE. Pueden simular 2 perfiles de carga. Variadores de 100 hp a 7,000 hp (76 kw a 5,222 kw) a voltajes de 1,000 a 6,900 V. Beneficios Tiempo de puesta en marcha reducido. Pruebas de eficiencia para ahorro de energía. Pruebas y capacitación para el cliente. Pruebas de sobrecarga, sistema y rendimiento.

15 Pruebas de alta potencia a carga nominal El dinamómetro (configu - ración de motores y variadores utilizada para pruebas de carga) examina variadores enfriados por líquido de alta potencia a la carga nominal y la potencia que mejor se adapta a los mercados, especialmente en las industrias petroquímicas y mineras, o al mercado de readaptación de motores síncro - nos. Mediante la simulación de fallos en el campo, las instalaciones de prue - bas pueden encontrar soluciones rápidamente, sin interrumpir el proceso. Capacitación al cliente Aprenda a programar, operar y dar mantenimiento a sus variadores PowerFlex 7000 en detenciones programadas asistiendo a cursos para clientes en las instalaciones de prueba de variadores de voltaje medio. La capacitación de cuatro días, dictada por ingenieros calificados del área de asistencia técnica de Rockwell Automation, proporciona experiencia práctica con variadores en funcionamiento. Esta capacitación es fundamental para mantener al personal capacitado y actualizado sobre los procedimientos de enclavamiento y seguridad del producto. Instalaciones regionales de prueba/fabricación de variadores MV Para brindar mejor asistencia técnica a nuestros clientes en todo el mundo, Rockwell Automation cuenta con dos centros de fabricación adicionales: 1Harbin, China, para brindar asistencia técnica a nuestros clientes en la región de Asia y el Pacifico. 2Katowice, Polonia, para brindar asistencia técnica a nuestros clientes en Europa, Medio Oriente y África. Dichas instalaciones cuentan con extensas capacidades de prueba. 15

16 CONTROL INTELIGENTE DE MOTORES SATISFACEMOS LAS FUTURAS NECESIDADES DE FABRICACIÓN... HOY Comprendemos que usted necesita controlar el rendimiento, reducir el tiempo improductivo, mejorar la seguridad, aumentar la productividad y realizar diagnósticos. Es por ello que hemos combinado el control de motor de flanco prece - dente y los dispositivos de protección con capacidades avanzadas de conexión en red y diagnóstico de la Arquitectura Integrada de Rockwell Automation para brindarle control inteligente de motores. PROTECCIÓN Gracias a las E/S integradas y a las capacidades avanzadas de diagnóstico y protección, todos los productos de control inteligente de motores moni - torean constantemente el funcionamiento de los motores para ayudarlo a seguir las tendencias de rendimiento y tomar medidas correctivas antes de que se produzcan potenciales fallos. Reduzca el tiempo improductivo indeseado y al mismo tiempo aumente la eficacia de producción general. 16

17 COMUNICACIONES Debido a que usted tiene una amplia variedad de necesidades de aplicaciones, el control inteli - gente de motores le ofrece una variedad de tecnologías de con - trol de motores. Las tecnologías de control simplificadas están diseñadas para satisfacer sus necesidades... La tecnología de componentes DeviceLogix aumenta las posibilidades de control con los diagramas del bloque de funciones que operan al nivel de dispositivo. DriveLogix ofrece control incorporado de inicio de sesión para la programación de aplicaciones y control de funciones auxiliares en un paquete. La arquitectura integrada le permite reducir el costo total de propiedad utilizando una sola infraestructura de control para toda la gama de aplicaciones de automatización para fábricas, grandes o pequeñas. Controlador MV FVNR Controlador Flex MV SMC MV ArcShield Controlador FUNCIONALIDAD ESCALABLE Variador de CA PowerFlex 7000MV Reutilice los diseños y las prácticas de ingeniería para reducir el tiempo y el costo de desarrollo. Responda rápidamente a las demandas de los clientes o del mercado. Reduzca los costos de mantenimiento y el tiempo improductivo. Obtenga fácil acceso a información de planta y de producción desde los sistemas comerciales para mejorar la toma de decisiones de la gerencia. COMUNICACIONES La clave al control inteligente de motores... Utilice arquitectura abierta conectada en red para mejorar la protección de motores, comparta la información de diagnóstico y acelere la resolución de problemas para obtener un proceso más productivo e inteligente. Desde E/S simples hasta tareas complejas de monitoreo de energía, DeviceNet le permite integrar muchas tareas de nivel bajo de manufactura de un modo rentable. La tecnología de red abierta NetLinx le ofrece comunicaciones transparentes a través de toda su empresa (DeviceNet, ControlNet, y EtherNet/IP). Flexibilidad y homogeneidad en las comunicaciones a través de los productos facilita el uso del control inteligente de motores. 17

18 CAPACIDADES DE FORMAR PAQUETES Trate directamente con un solo proveedor de tec - nología de control de energía totalmente persona - lizada a sus necesidades. Estamos asociados con muchos fabricantes para diseñar, fabricar, pre-cablear y probar en forma personali - zada el alojamiento del control de energía eléctrica para adaptarnos a sus variadores de voltaje medio PowerFlex 7000, centros de control de motores de voltaje bajo y medio, transformadores para interiores y a la intemperie, aparamenta de cone - xión para interiores y a la intemperie y otros equipos auxiliares. Nuestros aloja - mientos de controles también incluyen sistemas de calentamiento, ventilación y de aire acondicionado (HVAC), e ilumi - nación, y se envía como una sola pieza con orejetas de enganche para simplifi - car el manejo con grúa. TRANSFERENCIA SÍNCRONA Reduzca los costos de capital y de uso de energía con un VFD para encender y sincronizar varios motores usando capa - cidades de transferencia por derivación síncrona. Transfiera una carga desde un bus de frecuencia variable a un bus de frecuencia fija nivelando la frecuencia, amplitud y relación de fase de la forma de onda de voltaje entre dos fuentes. Evite la caída de voltaje, problemas de vibraciones e interrupciones del proceso. Reduzca la corriente de carga completa y optimice los procesos. El sistema completo, que incluye módulos MV de salida/de derivación y control, es totalmente fabricado por Rockwell Automation. 18

19 Boletín 7000 Especificaciones de variadores de voltaje medio Descripción de características Diseñado para maximizar el tiempo productivo, facilitar su uso, y minimizar el costo total de propiedad Compartimientos de voltaje medio y voltaje bajo, completamente aislados e independientes Aislamiento de fi bra óptica como protección para la activación del rectifi cador y del inversor Enclavamientos mecánicos y eléctricos entre el variador y los medios de desconexión de entrada Patrón de offset de ventilación doble en las puertas del variador para garantizar la seguridad del operador Control de paro de emergencia, con relé de seguridad El uso de dispositivos semiconductores (SGCT) de potencia nominal de 6,500 volts resulta en menos componentes, menor número de conexiones y estructura de energía simple El SGCT ocasiona menos fallos en el tiempo (FIT) a razón de 100 cada mil millones de horas de funcionamiento Corrección de valor nominal de componentes eléctricos en casos de voltaje y tensión térmica reducidos Acceso dial-in remoto vía módem >99.9% de disponibilidad El módulo patentado PowerCage permite reemplazar un dispositivo en menos de 5 minutos, tanto en las versiones enfriadas por aire como por líquido sin necesidad de usar herramientas especiales La sencilla terminal de interface de operador con asistente de configuración interactivo trae como resultado puestas en marcha rápidas, funcionamiento sin complicaciones y menor tiempo improductivo El gabinete de conexión de cables brinda fácil acceso a la línea y a los puntos de terminación de cables de carga. Se puede adaptar la dirección de los cables superior o inferior Las herramientas de PC (DriveTools, DriveExplorer) ayudan a la programación, el monitoreo y la resolución de problemas Premier Integration brinda la posibilidad de confi guración integrada de variadores con RSLogix 5000 para reducir el tiempo de confi guración hasta en un 70% El módulo de identidad de variadores permite pre-programar parámetros de aplicación y de variador específi cos de acuerdo al cliente para puestas en marcha más rápidas La interface de operador ubicada en la compuerta de bajo voltaje cuenta con pantalla LCD grande de 16 líneas y 40 caracteres y con un asistente de confi guración, para facilitar la visualización El conjunto estándar de dispositivos del operador incluye: botones pulsadores de arranque, paro, y paro de emergencia, interruptor selector local/remoto y potenciómetro de velocidad Metraje digital de barras para mostrar en la interface del operador los amperes de salida, volts, velocidad y carga El reactor de enlace de CC integral elimina la necesidad de usar fusibles para semiconductores Control total digital con procesadores de señales digitales (DSP) y matrices de compuertas programables en campo (FPGA) para manejo de fallos, activación de compuertas y diagnóstico avanzados, y control de sincronización de variadores Control vectorial sin sensores. El control vectorial total con retroalimentación de tacómetro es opcional Almacenamientos de tendencias para 16 variables (un impulso o multi-impulsos) Dieciséis (16) entradas digitales y dieciséis (16) salidas digitales en panel de E/S externo Programación incorporada (fi rmware actualizado vía computadora portátil) Cuatro (4) modos de prueba que incluyen control de activación de compuerta de bajo voltaje Formas de onda de corriente casi sinusoidal y de voltaje al motor que permiten el uso de casi cualquier motor nuevo o ya existente Opciones de rectifi cador AFE o de rectifi cador de 18 impulsos para máxima fl exibilidad para reducir armónicos de línea La protección electrónica de sobrecarga del variador y del motor elimina la necesidad de utilizar un relé de protección por separado Autonomía de 5 ciclos (mayor autonomía con UPS opcional) asegura control de variadores durante una caída de energía Inherentemente regenerativos para mejor control de procesos (frenado de motor) y ahorro de energía (puede funcionar continuamente en modo de regeneración) Visite nuestro sitio web: 19

20 Boletín 7000 Especificaciones de variadores de voltaje medio Especificaciones de diseño general POTENCIA 20 Visite nuestro sitio web:

21 Boletín 7000 Especificaciones de variadores de voltaje medio DISEÑO REFRIGERACIÓN Visite nuestro sitio web: 21

22 Boletín 7000 Especificaciones de variadores de voltaje medio RENDIMIENTO IDIOMAS 22 Visite nuestro sitio web:

23 Boletín 7000 Especificaciones de controladores de voltaje medio E/S y COMUNICACIÓN Configuraciones del variador Comparación de dimensiones Visite nuestro sitio web: 23

24 Boletín 7000 Configuraciones de variadores de voltaje medio Descripción general del variador Estructura A de PowerFlex 7000 Enfriamiento por aire Rango de potencia de bajo nivel, kw (200-1,250 hp) Capacidad nominal de voltaje de alimentación de 2,400 a 6,600 V Embalaje compacto para áreas más pequeñas Tres confi guraciones de entrada para optimizar la fl exibilidad de instalación: 1) Direct-to-Drive 2) Rectifi cador AFE (conexión a transformador de aislamiento independiente) 3) Rectifi cador AFE (con transformador de aislamiento integral) Clasifi cación para servicio normal (para cargas de par variable, 110% de sobrecarga durante 1 minuto cada 10 minutos) Clasifi cación para servicio pesado (para cargas de par constante, 150% de sobrecarga durante 1 minuto cada 10 minutos) Rectifi cador de sección de entrada activa para reducir armónicos de línea, mayor factor de potencia y homogeneidad de las piezas Tres (3) cables de entrada/tres (3) cables de salida para disminuir los costos de instalación Estructura B de PowerFlex 7000 Enfriamiento por aire Clasifi cación de potencia baja y media, 150-4,100 kw (200-5,500 hp) Capacidad nominal de voltaje de alimentación de 2,400 a 6,600 V Clasifi cación para servicio normal (para cargas de par variable, 110% de sobrecarga durante 1 minuto cada 10 minutos) Clasifi cación para servicio pesado (para cargas de par constante, 150% de sobrecarga durante 1 minuto cada 10 minutos) Tres confi guraciones de entrada para optimizar la fl exibilidad de instalación: 1) Direct-to-Drive 2) Rectifi cador AFE (para conexión a transformador independiente) 3) Rectifi cador de 18 impulsos para reducir armónicos de línea y conexión al sistema de distribución de alto voltaje Tres (3) cables de entrada/tres (3) cables de salida (rectifi cador AFE) Nueve (9) cables de entrada/tres (3) cables de salida (rectifi cador de 18 impulsos) Estructura C de PowerFlex 7000L El sistema de enfriamiento por líquido de bucle cerrado con intercambiadores de calor tipo líquido-aire o líquido-líquido Clasifi cación de potencia de alto nivel, 2,240-6,770 kw (3,000-9,000 hp) Capacidad nominal de voltaje de alimentación de 4,160 a 6600 V Pequeño embalaje integrado para clasifi cación de potencia de alto nivel Clasifi cación para servicio normal (para cargas de par variable, 110% de sobrecarga durante 1 minuto cada 10 minutos) Clasificación para servicio pesado (para cargas de par constante, 150% de sobrecarga durante 1 minuto cada 10 minutos) Tres confi guraciones de entrada para optimizar la fl exibilidad de instalación: 1) Direct-to-Drive 2) Rectificador AFE (para conexión a transformador independiente) 3) Rectificador de 18 impulsos para reducir armónicos de línea y conexión al sistema de distribución de alto voltaje Tres (3) cables de entrada/tres (3) cables de salida (rectifi cador AFE) Nueve (9) cables de entrada/tres (3) cables de salida (rectifi cador de 18 impulsos) 24 Visite nuestro sitio web:

25 Boletín 7000 Configuraciones de variadores de voltaje medio Configuraciones del variador Estructura del variador A PowerFlex 7000 Configuración #1 Direct-to-Drive (AFE con enlace CC DTD) Configuración #2 Rectificador AFE (Transformador de aislamiento independiente) La eliminación del transformador de aislamiento trae como resultado menos pérdidas y más espacio Una solución de sistema integrado para reducir el número de conexiones y los costos de instalación Motores nuevos o existentes Sistema de dimensiones pequeñas 3 cables de entrada/3 cables de salida, en todo el sistema para facilitar la instalación Reducción de armónicos de línea y alto factor de potencia (THD de corriente típica <5%, PF >0.98 con rectifi cador AFE) La alimentación eléctrica para control del ventilador y para el circuito de control es suministrada internamente Arrancador de entrada opcional Óptima fl exibilidad de instalación con conexión a transformadores de aislamiento para interiores o para intemperie Embalaje compacto con dimensiones más pequeñas Motores nuevos o existentes 3 cables de entrada/3 cables de salida, para facilitar la instalación Reducción de armónicos de línea y alto factor de potencia (THD de corriente típica <5%, PF >0.98) La alimentación eléctrica para el control del ventilador es suministrada internamente (alimentación eléctrica para circuito de control monofásico suministrada por el cliente, 120 V/60 Hz, 110 V/50 Hz, 20 amperes) Configuración #3 Rectificador AFE (Transformador de aislamiento integrado) Una solución de sistema integrado para reducir el número de conexiones y los costos de instalación Sistema de dimensiones pequeñas Motores nuevos o existentes 3 cables de entrada/3 cables de salida para facilitar la instalación Ventiladores de enfriamiento integrales para VFD y transformador Reducción de armónicos de línea y alto factor de potencia (THD de corriente típica <5%, PF >0.98) La alimentación eléctrica para el control del ventilador es suministrada internamente (alimentación eléctrica para circuito de control monofásico suministrada por el cliente, 120 V/60 Hz, 110 V/50 Hz, 20 amperes) Visite nuestro sitio web: 25

26 Boletín 7000 Configuraciones de variadores de voltaje medio Configuraciones del variador Estructura del variador B PowerFlex 7000 Configuración #1 Direct-to-Drive (AFE con enlace CC DTD) La eliminación del transformador de aislamiento trae como resultado menos pérdidas y más espacio Una solución de sistema integrado para reducir el número de conexiones y los costos de instalación Motores nuevos o existentes Sistema de dimensiones pequeñas 3 cables de entrada/3 cables de salida, en todo el sistema para facilitar la instalación Ventilador de enfriamiento integral para VFD Reducción de armónicos de línea y alto factor de potencia (THD de corriente típica <5%, PF >0.98 con rectifi cador AFE) Configuración #2 Rectificador AFE (Transformador de aislamiento separado) Óptima fl exibilidad de instalación con conexión a transformadores de aislamiento para interiores o para intemperie Embalaje compacto con dimensiones más pequeñas Motores nuevos o existentes 3 cables de entrada/3 cables de salida, para facilitar la instalación Reducción de armónicos de línea y alto factor de potencia (THD de corriente típica <5%, PF >0.98) Configuración #3 Rectificador de 18 impulsos Óptima fl exibilidad de instalación con conexión a transformadores de aislamiento para interiores o para intemperie Motores nuevos o existentes Sistema de dimensiones pequeñas 9 cables de entrada/3 cables de salida en todo el sistema para facilitar la instalación Reducción de armónicos de línea (THD de corriente típica <5%) 26 Visite nuestro sitio web:

27 Boletín 7000 Configuraciones de variadores de voltaje medio Configuraciones del variador Estructura del variador C PowerFlex 7000 Configuración #1 Direct-to-Drive (AFE con enlace CC DTD) La eliminación del transformador de aislamiento trae como resultado menos pérdidas y más espacio Una solución de sistema integrado para reducir el número de conexiones y los costos de instalación Motores nuevos o existentes Sistema de dimensiones pequeñas 3 cables de entrada/3 cables de salida en todo el sistema para facilitar la instalación Reducción de armónicos de línea y alto factor de potencia (THD de corriente típica <5%, PF >0.98 con rectifi cador AFE) Configuración #2 Rectificador AFE (Transformador de aislamiento separado) Óptima fl exibilidad de instalación con conexión a transformadores de aislamiento para interiores o para intemperie Embalaje compacto con dimensiones más pequeñas Motores nuevos o existentes 3 cables de entrada/3 cables de salida para facilitar la instalación Reducción de armónicos de línea y alto factor de potencia (THD de corriente típica <5%, PF >0.98) Configuración #3 Rectificador de 18 impulsos Óptima fl exibilidad de instalación con conexión a transformadores de aislamiento para interiores o para intemperie Motores nuevos o existentes Sistema de dimensiones pequeñas 9 cables de entrada/3 cables de salida en todo el sistema para facilitar la instalación Reducción de armónicos de línea (THD de corriente típica <5%) Visite nuestro sitio web: 27

28 Boletín 7000 Variadores de voltaje medio Clasif. de servicio normal, dimensiones y peso Variador MV PowerFlex 7000 enfriado por aire (estructura A ) 28 Visite nuestro sitio web:

29 Boletín 7000 Variadores de voltaje medio Clasif. de servicio normal, dimensiones y peso Variador MV PowerFlex 7000 enfriado por aire (estructura B ) Visite nuestro sitio web: 29

30 Boletín 7000 Variadores de voltaje medio Clasif. de servicio normal, dimensiones y peso Variador MV PowerFlex 7000 enfriado por líquido (estructura C ) 30 Visite nuestro sitio web:

31 Boletín 7000 Topología de variadores de voltaje medio Topología Selección del diseño del rectificador Hay dos confi guraciones básicas de rectifi cador (AFE y de 18 impulsos) para el PowerFlex Al seleccionar un diseño de rectifi cador, es importante conocer bien las necesidades y las limitaciones del cliente con respecto al factor de potencia, a los requerimientos de espacio, a las especifi caciones de armónicos y a los costos, etc. Ambas opciones ofrecen efi ciencia, protección a los motores, ahorro energético, y optimización de la calidad de alimentación eléctrica en diversos grados. Estas opciones cumplen con las normas IEEE con respecto a la distorsión de armónicos en prácticamente todos los sistemas de energía eléctrica. Rectificador AFE En la figura 1 se puede observar un rectificador de sección de entrada activa (AFE). Ésta es una opción bastante atractiva ya que no necesita un transformador de aislamiento con bobinados múltiples secundarios para cumplir con las normas IEEE Esto trae como resultado un sistema de variadores que cuenta con la más alta efi ciencia, la confi guración más simple y ofrece el menor costo total de propiedad. La efi ciencia típica del variador con carga completa y a toda velocidad es de 97.5%. La mayoría de las tecnologías disponibles en el mercado actual de voltaje medio necesitan un transformador de bobinado múltiple para mitigar la distorsión de armónicos no deseada en los bobinados secundarios del transformador, mediante conmutación de fases. De acuerdo a la topología, el transformador puede tener hasta 15 juegos de bobinados secundarios. Esto aumenta la complejidad del sistema. El rectifi cador AFE utiliza un patrón de conmutación PWM que cumple con las mismas reglas del inversor. El patrón utilizado es un patrón de eliminación selectiva de armónicos (SHE) de 7 impulsos que elimina los niveles 5º, 7º y 11º de armónicos. Los condensadores de entrada están diseñados para reducir la corriente de armónicos de niveles más altos. La frecuencia del fi ltro resonante está ubicado por debajo de los 300 Hz donde no hay armónicos residuales. La técnica de transferencia del fi ltro se utiliza para colocar la frecuencia de interrupción del fi ltro en un área donde no hay armónicos. Esto evita la excitación de las frecuencias de armónicos del sistema. Otros factores considerados al diseñar el fi ltro son: el factor de potencia de entrada y los requisitos en la distorsión total de armónicos (THD) de la corriente de entrada y formas de onda de voltaje. El rectifi cador AFE sólo necesita una entrada trifásica de la fuente de alimentación eléctrica del cliente. Mientras un transformador de aislamiento no deba tratar con armónicos se puede confi gurar un transformador para reducir el voltaje más alto del sistema al nivel del voltaje de operación, basado en la frecuencia variable del voltaje de funcionamiento del motor y del variador (ver Figura 1). Figura 1 Variador 4,160 V con Transformador de aislamiento y rectificador de sección de entrada activa Visite nuestro sitio web: 31

32 Boletín 7000 Topología de variadores de voltaje medio Direct-to-Drive (Rectificador AFE con enlace CC DTD) Figura 2 Opción Direct-to-Drive y sus formas de onda de corriente/voltaje de entrada Rectificador de 18 impulsos Un rectifi cador de 18 impulsos con control de fases aparece en la Figura 3. En una confi guración de 18 impulsos, se cumple con la norma IEEE con respecto a la distorsión de armónicos sin necesidad de utilizar fi ltros pasivos. Sin embargo, se necesita un transformador de aislamiento de bobinados múltiples para mitigar los armónicos de bajo nivel incorporando principios de conmutación de fases. La corriente de línea y el voltaje consiguientes aparecen en la Figura 3. Esta opción es simple, altamente efi ciente y fácil de usar con rectifi cadores en serie y sólo tres juegos de bobinados secundarios en el transformador de aislamiento. Debido a la necesidad del transformador de aislamiento, esta opción tiene dimensiones más amplias que requieren espacio de control adicional (para opción de transformador para interiores). Figura 3 Rectificador de 18 impulsos y formas de onda de entrada (de la parte superior a la inferior: corriente de línea y voltaje línea-línea al PCC.) 32 Visite nuestro sitio web:

33 Boletín 7000 Topología de variadores de voltaje medio El patrón de conmutación del rectifi cador AFE utiliza un algoritmo de control similar al del inversor. El patrón utilizado es un patrón de eliminación selectiva de armónicos (SHE) de 7 impulsos que elimina los niveles 5º, 7º y 11º de armónicos. En la Figura 4 aparece el típico patrón de conmutación del rectifi cador con 7 impulsos con una representación monofásica. El patrón de conmutación se repite en las tres fases cambiando 120 grados eléctricos, lo que resulta en un patrón de conmutación del rectifi cador de 42 impulsos. La duración del estado de conducción determina el voltaje del rectifi cador controlado al vinculo CC. Figura 4 Patrón de conmutación del rectificador de sección de entrada activa El variador tiene un disparo defi nido y aplica el siguiente patrón de disparo a las tres fases. El rectifi cador del variador sigue el siguiente orden de disparo: 1, 2, 3, 4, 5, y 6 con confi guración en puente como se muestra en Figura 5. Según se muestra, el rectifi cador de 4,160 V utiliza dos (2) dispositivos eléctricos de 6,500 volts en serie para alcanzar el margen de bloqueo del pico eléctrico óptimo de 13,000 volts en cada pata. Figura 5 Rectificador 4,160 V Visite nuestro sitio web: 33