CAPÍTULO 6 VARIADOR MEDIA TENSIÓN SEMINARIO TÉCNICO XMV660

Transcripción

1 CAPÍTULO 6 VARIADOR MEDIA TENSIÓN SEMINARIO TÉCNICO XMV

2 INTRODUCCIÓN Un variador de frecuencia es un dispositivo electrónico que a través de la variación de la frecuencia de alimentación, varia la velocidad de giro de motores eléctricos asíncronos trifásicos.

3 INTRODUCCIÓN AHORRO DE ENERGÍA: Periodos de retorno entre 0 y 3 años, dependiendo del tiempo de funcionamiento y aplicación Ahorro de hasta un 60% de energía en comparación con sistemas tradicionales de regulación por válvulas o arranque/paro.

4 INTRODUCCIÓN CALIDAD Y MEJORA DE PROCESO PRODUCTIVO: La introducción de un sistema de control de par y velocidad de motores permite mejorar la calidad y productividad de los proceso

5 INTRODUCCIÓN REDUCCIÓN DE MANTENIMIENTO Y ALARGAMIENTO VIDA ÚTIL DE MOTORES El alto número de arranques en directo provoca en los motores eléctricos un estrés mecánico y eléctrico. Las sobrecorrientes instantáneas que sufren los motores de inducción reducen su vida útil y aumentan sus costes de mantenimiento

6 INTRODUCCIÓN MEJORA DE IMAGEN CORPORATIVA El consumo eléctrico y de combustibles fósiles se reduce, reduciendo así las emisiones de gases de efecto invernadero de la organización.

7 VARIADOR DE FRECUENCIA MEDIA TENSIÓN SERIE XMV660 Rango de potencia desde 200kW hasta kW Rango de tensión desde 2,3kVac 11,0kVac Operación 50ºC sin desclasificación de potencia Formas de onda de corriente y tensión a la entrada y salida cuasi-sinusoidal bajo THDi, dv/dt y HVF. Modulación de ancho de pulso PWM multinivel con aumento de tensión de salida mediante modulación con inyección de 3 er harmónico Diseño mecánico robusto y fiable Protecciones de motor y variador integradas. Redundancia de ventilación y monitorización de temperatura. Fácil mantenimiento con acceso frontal

8 SERIE XMV660 - TOPOLOGÍA ARMARIO DE CONTROL ARMARIO CELDAS DE POTENCIA Tarjeta Communicación Fibra Óptica (FPGA) Tarjeta control y potencia Panel interconexión de usuario Display & pulsantería Terminales de entrada, medición de corriente y tensión, protección sobre tensión Monitorización temperatura de transformador Transformádor cambio de fase (Multipulso) ARMARIO TRANSFORMADOR Celdas de potencia con fusibles

9 XMV660 TOPOLOGÍA 2885 V x 3 = Vac 577V 5kV 577V 577V 577V 577V 30 pulsos

10 XMV660 TOPOLOGÍA 700V 700V 700V 700V 700V 700V 700V 700V 700V Detalle Nivel 1: La celda A2 proporciona 700V, las celdas A1 y A3 0V. La tensión de fase resultante es + 700V. Detalle Nivel 2: Las celdas A1 y A3 proporcionan 700V cada una, la celda A2 0V. La tensión de fase resultante es V. Detalle Nivel 3: Las celdas A1, A2 y A3 proporcionan 700V cada una. La tensión de fase resultante es V. Illustrative, measured values may vary depending on line-up and motor characteristics.

11 MÁXIMO CUIDADO DE MOTOR

12 MÁXIMO CUIDADO DE MOTOR La conexión en serie de celdas de baja tensión de 700V permite obtener a la salida una onda cuasi sinusoidal de tensión y corriente con un reducido dv/dt y THDi/ HVF. La topología multi-celda elimina las restricciones y costes adicionales de instalación que reducen el retorno de su inversión. Un bajo dv/dt reduce la tensión de pico y tensión en modo común en los devanados del estator del motor, permitiendo así, su instalación en motores existentes y sin aislamiento especial. Reduce las corrientes en modo común (CMC) por los rodamientos del motor, permitiendo el uso de rodamientos y lubricaciones sin prestaciones especiales. Reduce las pérdidas en el motor causadas por una forma de onda no senoidal con alto THDi, eliminando el derating en motores de alta tensión. Reduce las vibraciones y pulsos de par inducidos en el rotor gracias a una modulación suave de ancho de pulso (PWM) con celdas de baja tensión.

13 TOPOLOGÍA DE CELDAS Baja generación armónicos THDi Alto factor de potencia Operación 2Q cuadrantes Variador regenerativo 4Q Baja generación armónicos THDi Factor de potencia ajustable Regenerativo 4Q Reduce complejidad transformador Reduce cableado interno Fallo de celda genera desbalanceo en transformador

14 CALIDAD DE RED Y EFICIENCIA La topología empleada permite el cumplimiento de las normativas más exigentes de calidad de onda (IEEE519) y compatibilidad electromagnética (EMC 2004/108/EC). A la entrada, un transformador cambio de fase (multipulsos) desde 18 hasta 54 pulsos permite obtener un reducido THDi sin costosos e ineficientes filtros de harmónicos pasivos y activos. TENSIÓN SALIDA NOMINAL XMV660 Nº CELDAS DE POTENCIA Nº DE PULSOS 2.3kV,3kV, 3.3kV kV kV,5.5kV kV,6.6kV kV,11kV 27 54

15 CALIDAD DE RED Y EFICIENCIA Alto factor de potencia (FP>0.95) para una carga superior al 20% del equipo, lo que evita la conexión de bancos de condensadores que pueden generar resonancia en el peor de los casos. Alta eficiencia del conjunto ƞ > 96% (incluido transformador) para una carga superior al 40%. Proveyendo así de las mejores prestaciones y el mayor ahorro en todo el rango de operación del equipo.

16 Probado hardware de baja tensión: IGBTs y condensadores CC Tarjeta de potencia Tarjeta de control MAXIMA FIABILIDAD Y DISPONIBILIDAD El variador se suministra completamente testeado y probado de forma conjunta en fábrica para asegurar su funcionamiento bajo cualquier condición de carga. La temperatura del transformador y las celdas está monitorizada para detectar la obstrucción o fallo de ventiladores. Así mismo, la redundancia en la ventilación maximizará la disponibilidad del equipo.. Celdas de potencia estándar 100A, 200A, 300A, 400A, 600A, reduce el stock de repuestos en todo el mundo. Bypass individual de celdas de potencia y un algoritmo de control de neutro flotante que permite operar al variador cuando una o varias celdas fallan, y maximizar la tensión de salida. Barnizado selectivo de las tarjetas con tecnología militar y aeroespacial protege la electrónica más sensible.

17 TESTEO INTEGRAL Y PUESTA EN MARCHA Prueba en baja tensión permite realizar un test funcional completo de forma segura. Testeo integral a máxima carga (corriente), y disponibles pruebas presenciales específicas. Personal de Power Electronics está presente en todas las puestas en marcha y sacarán el mayor partido del equipo para su aplicación.

18 MAXIMA FIABILIDAD Y DISPONIBILIDAD CORRIENTE NOMINAL TENSIÓN NOMINAL SOBRECARGA (150%,1 min, ciclo cada 10 min) 100A 700 V 150A 200A 700 V 300A 300A 700 V 450A 400A 700 V 600A 600A 700 V 900A Bajo damanda - - dv/dt < 1000V/ µs Factor de armónicos de tensión (HVF) < 0.019, No es necesario la desclasificación del motor de acuerdo a norma MG1 Compatible con todos los motores síncronos y asíncronos. Refrigeración por aire Temperatura de operación 0ºC.50ºC. Sin desclasificación de potencia.

19 3465 V x 3 = Vac BYPASS DE CELDA 6kV 693V Cell Bypass 693V 693V 693V 693V 3 RD Harmonic Injection 30 pulsos Ilustrativo, las medidas reales puede variar en función de las características de la línea y motor.

20 BYPASS DE CELDA Bypass celda 5kV Inyección 3 RD harmónico Ilustrativo, las medidas reales puede variar en función de las características de la línea y motor.

21 MODULACIÓN ANCHO DE PULSO + INYECCIÓN 3 ER ARMÓNICO Onda modulación Onda portadora >1 Sobremodulación Alto THD Onda PWM <= 1 Alta tensión de salida Bajo THD Reducción tensión salida INYECCIÓN 3 RD ARMÓNICO THD inferior Alta tensión de salida Onda moduladora Onda portadora Compensación de caídas de tensión por fallo de celdas (Incremento de hasta 15.5%) LCL Filter & SC

22 BYPASS DE CELDA Configuración 6 celdas CELDAS DE POTENCIA DISPONIBLES POR FASE V U V V V W XMV660 MAX. TENSIÓN DE SALIDA DISPONIBLE Reducción de Tensión 6.6kV VSD (Unidad Estándar) Reducción de tensión 5.5kV VSD (Redundancia de celda) Redundancia OK OK N OK OK N % OK N % OK N % OK N % OK N+3 Siempre está disponible el 100 % de la corriente. Un motor operando a menor tensión puede seguir manteniendo el par y la velocidad incrementando la corriente. El control de XMV660 lo realiza de forma automática sin sobrepasar los valores tarados en las protecciones del equipo. Ilustrativo, las medidas reales puede variar en función de las características de la línea y motor.

23 Configuración 5 celdas CELDAS DISPONIBLES POR FASE V U V V V W XMV660 MAX. TENSIÓN DE SALIDA DISPONIBLE BYPASS DE CELDA Reducción de Tensión 5.5kV VSD (Unidad Estándar) Reducción de Tensión 4.16kV VSD (Redundancia de celda) Redundancia OK OK N OK OK N % OK N % OK N % OK N % OK N+4 Configuración 4 celdas CELDAS DISPONIBLES POR FASE V U V V V W XMV660 MAX. TENSIÓN DE SALIDA DISPONIBLE Reducción de Tensión 4.16kV VSD (Unidad Estándar) Reducción de Tensión 3.3kV VSD (Redundancia de celda) Redundancia OK OK N ,414 OK OK N % OK N % OK N % OK N % -3.26% N+4 Ilustrativo, las medidas reales puede variar en función de las características de la línea y motor.

24 TRANSITORIOS Y CAIDAS DE TENSIÓN (VRT ) Operación estándar, máximo par y sobrecarga disponible. Potencia y par se reduce proporcionalmente. El variador puede trabajar indefinidamente en este modo ya que la corriente nominal no se sobrepasa. XMV660 mantiene el sincronismo con el motor y absorbe potencia del motor para mantener el bus de las celdas a la mayor tensión disponible. Si la tensión cae por debajo del límite, el variador para la aplicación y genera una alarma. El número de ciclos antes del paro, depende del tipo de carga conectada.

25 SEGURIDAD Y PROTECCIÓN integra de serie múltiples protecciones hardware y software que reduce los riesgos asociados a la operación de accionamientos de media tensión. Monitorización de la entrada, salida y cada una de las celdas, protegerá costosas inversiones como el motor y el equipamiento mecánico de la aplicación. Opcionalmente el variador puede equiparse con un sistema de carga suave de baja tensión que magnetiza el transformador y carga el bus de CC de las celdas. Este sistema evita sobre corrientes en la conexión en vacio del variador. Módulos de protección de entrada opcionales permitirán conectar el equipo sin necesidad de celdas de protección adicionales. Sistemas de seguridad, enclavamientos mecánicos, acceso restringido con contraseña, alarma visual y sonora, le informará de la manipulación inesperada del equipo.

26 SEGURIDAD Y PROTECCIÓN BENEFICIOS TRANSFORMADOR DE ENTRADA El transformador multipulsos de entrada ofrece múltiples beneficios en su instalación como: Reduce la potencia de cortocircuito y por ende la corriente de cortocircuito en caso de fallos de aislamiento a tierra en el variador. Integra taps que permiten in-situ compensar las caídas de tensión de la red y del equipo ofreciendo la tensión nominal en bornes del motor. Evitando así, tanto el sobredimensionamiento como el sobrecalentamiento del motor. El transformador puede ser configurado para disponer tensiones de entrada y salida diferentes. Se elimina así, la instalación de transformadores y celdas de media tensión adicionales, y permite la utilización de equipamiento de diferente tensión en una misma instalación.

27 SEGURIDAD Y PROTECCIÓN LISTADO PROTECCIONES DE MOTOR PROTECCIONES DE VARIADOR PROTECCIONES DE CELDA Rotor bloqueado, Límite de par Sobrecarga motor (modelo térmico) Desequilibrio de corriente de fases Desequilibrio de tensión de salida Sobre-temperatura motor (señal PTC) Límite de velocidad Exceso tiempo de paro motor. Pérdida de fase a la entrada Alta y baja tensión entrada Exceso número de celdas en fallo Alta y baja frecuencia de entrada Límite de corriente de salida Alta temperatura variador Fallo comunicación control Pérdida señal analógica (pérdida referencia) Paro de emergencia. Sobre-corriente entrada (fusibles) Alta y baja tensión de bus CC Tensión de Bus CC inestable Tiempo carga suave CC sobrepasado Baja tensión entrada Fallo comunicación fibra óptica. Exceso tiempo comunicación (time-out) Pérdida alimentación control, Fallo gate drive, Alta temperatura IGBt Alta temperatura celda.

28 FÁCIL MANTENIMIENTO El equipo está compuesto por tres armarios adyacentes o independientes: armario de transformador, armario de celdas de potencia y armario de control. Todos ellos han sido diseñados para facilitar la supervisión y mantenimiento desde la parte frontal.. De forma particular, el transformador puede instalarse fuera de la sala técnica para reducir las pérdidas de calor.* Una conexión frontal y un guiado de la celda, permite una sencilla instalación de las celdas de forma manual por un sólo operario con o sin ayuda del carro ergonómico suministrado. * Consulte disponibilidad

29 CONTROL PRECISO, POTENTE Y FLEXIBLE PMC-OLTC es el único control de motor que en configuración maestro-esclavo permite la sincronización de varios motores sin encoder. El resultado es un perfecto reparto de par con una respuesta suave, potente y rápida con el mínimo mantenimiento y supervisión. Los ajustes de fábrica del control PMC junto con los parámetros de la placa de características del motor garantizan un rendimiento óptimo sin necesidad de tediosas y sensibles funciones de auto-ajuste durante la puesta en marcha. Una puesta en marcha rápida y fiable genera un gran ahorro de tiempo y dinero. Gracias a las funcionalidades MCB (Mechanical Brake Control), la premagnetización, y Delay-off IGBT, las aplicaciones de elevación realizarán arranques y paros suaves.

30 SOLUCIONES A MEDIDA ENVOLVENTE Y CONEXIONES Grado de protección IP54, fabricación en acero inoxidable, RAL pintura especial, idioma de etiquetado y señalización. Cableado con acceso superior, inferior y lateral. Acceso con cable EMC o Armado. Conexiones para baterías de condensadores. Conexión y protección de múltiples equipos en paralelo. CELDAS DE BYPASS O PROTECCIÓN DE ENTRADA Contactor de vacío y de línea para bypass variador Interruptor automático, fusibles, contactor extraíble, seccionador de corte en carga con fusibles Seccionador de puesta a tierra Relé de protección de motor. Celdas de conmutación MANIOBRA, CONTROL Y PULSANTERÍA Pulsadores, selectores y leds de indicadores. Pre-configuración y extensión de E/S digitales y analógicas Borneros de interconexión de usuario. Relés de control de sondas PTC y PT100 Tarjetas de encoder de motor y proceso. Protocolos de comunicación opcionales (Profibus-DP, Dvicenet, Ethernet Modbus TCP, N2 Metasys, CAN Open, ) Programación Power PLC de aplicaciones

31 INTERFAZ SENCILLO Rojo: Marcha Verde: Paro Ambar: Alarma Rojo(()): Fallo Pulsador paro emergencia Verde: Arranque local Rojo: Paro local Blanco: Reset sistema Display a color de 3.5 (240x320pixels) con pantalla táctil y puntero integrado Tarjeta MicroSD 4Gb registro y notificación de fallos y eventos Módem GSM cuatribanda integrado para el arranque, paro y notificación vía SMS Switch Ethernet con dos conexiones RJ45 Alimentación 5Vcc auxiliar o con baterías opcional Selector modo de control (local, remoto, stop) DISPONIBLES SOLUCIONES A MEDIDAS

32 APLICACIONES ESPECÍFICAS POWERCOMS Fácil monitorización remota Registros de datos eléctricos- Datalogger Representación gráfica de valores Estudio analítico de proceso y exportación de datos

33 TABLA DE CONFIGURACIÓN XMV X Y Z XMV66 SERIES CORRIENTE NOMINAL SALIDA TENSIÓN NOMINAL MOTOR A 023 [1] 2.3kV (9 celdas) A A A A Under request 066 3kV (9 celdas) 3.3kV (9 celdas) 4.16kV (12 celdas) 6kV (18 celdas) 6.6kV (18 celdas) 100 [1] 10kV (27 celdas) 110 [1] 11kV (27 celdas) SOBRECARGA (%) % Carga ligera 120% Carga Media 150% Carga pesada GRADO DE PROTECCIÓN 4 IP41 A Motor asíncrono - 5 IP54 [1] S Motor síncrono T R TOPOLOGÍA ACCESO CABLEADO CARGA SUAVE Regenerativo 4Q Motor Asíncrono U Acceso de entrada y salida inferior Acceso entrada superior y salida inferior Acceso de entrada y salida superior REDUNDANCIA VENTILACIÓN - No incluido - No incluido - C Carga suave baja tensión integrado V Ventilación redundante TENSIÓN NOMINAL DE SALIDA [1] A B Tensión nominal motor - Bajo demanda W [1] Motor síncrono 4Q C 3.3kV M Regenerativo 4Q Motor asíncrono Puente rectificador monofásico D E F G 2.3kV 3kV 4.16kV 6kV 6.6kV 7.2kV [1] Consulte disponibilidad con Power Electronics H I J 10kV 11kV 12kV Bajo demanda