Localizador de Fallas Español

 

Centrilift GCS ELECTROSPEED II 

Guia de Diagnosticos de Fallas Para GCS

 

Centrilift. Una División de Baker Hughes Copyright 1998 - 2004 Versión 1.3 Febrero 2004 

 

TABLA DE CONTENIDO PREFACIO ................... ............................ ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................. ................. ...............6 ......6  GUÍA DE DIAGNÓSTICO DE PROBLEMAS DEL ELECTROSPEED GCS......... GCS ................... ................... .................7 ........7  Funcionalidad de PCB ................... ............................ .................. .................. ................... ................... .................. .................. .................. ................... ................. ............7 .....7  LEDs de Diagnóstico ................... ............................ .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................. .............7 ......7  Problemas de conversor .................. ........................... ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... ..............7 .....7  Problemas de Inversor/ Carga ................... ............................ .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ..............8 .....8  PROCEDIMIENTO GENERAL DE DIAGNÓSTICO DE PROBLEMAS .................. ............................ ................... ...............8 ......8  Prueba de Funcionalidad ................... ............................ .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... .................9 .......9  Prueba sin Carga ................... ............................ ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... ................. ................. ...........9 ..9  Prueba de Salida en Cortocircuito ................... ............................ .................. .................. .................. ................... ................... .................. .................. ...........10 ..10  Prueba de IGBT .................................. ................. .................................. ................................... ................................... .................................. .................................... ...................10 10  DIAGRAMAS DE FLUJO GENERALES PARA DIAGNÓSTICO DE PROBLEMAS......................11 PROBLEMAS......................11  Figura 1: Definiciones de Símbolos de Diagramas de Flujo .................. ............................ ................... .................. .................11 ........11  Figura 2: Diagrama de Flujo General de Diagnóstico ................... ............................ ................... ................... ................... .................12 .......12  Figura 3: Diagrama de Flujo de Problema de Despliegue ................... ............................. ................... ................... ...................13 .........13  Figura 4: Diagrama de Flujo de Problema de Conversor.......... Conversor ................... ................... ................... ................... .................... ...........14 .14  Figura 5: Diagrama de Flujo de Problemas de Arranque.......... Arranque ................... ................... .................... ................... ................... ...........15 .15  Figura 6: Diagrama de Flujo de Problemas de Inversor.......... Inversor ................... ................... ................... .................. ................... ..............16 ....16  DIAGRAMA DE FALLA/ ALARMA ACTIVA ................... ............................ ................... ................... .................. ................... ................... .................17 ........17  LÍMITES OPERATIVOS..............................................................................................................17  Falla/ Alarma A larma Activa: Sobrevoltaje de Entrada E ntrada .................. ............................ ................... ................... ................... .................. ...............17 ......17  Falla/ Alarma A larma Activa: Bajo Voltaje de Entrada ................... ............................. ................... ................... ................... .................. ...............17 ......17  Falla/ Alarma Activa: Desequilibrio Desequili brio de Voltaje de Entrada.................. Entrada........................... ................... ................... .................18 ........18  Falla/ Alarma Activa: Interrupción por Baja Velocidad........................... Velocidad.................................... ................... ................... ..............18 .....18  Falla/ Alarma Activa: Sobrecarga..................... Sobrecarga.............................. .................. ................... ................... ................... ................... ................... ...............18 .....18  Falla/ Alarma Activa: Baja Carga ................... ............................ ................... ................... .................. ................... ................... ................... .................18 .......18  E/S INCORPORADA .................. ........................... ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ............18 ...18  Falla/ Alarma Activa: Límite Superior S uperior de Entrada Analógica ................... ............................ ................... ................... ............18 ...18  Falla/ Alarma Activa: Límite Inferior de Entrada Analógica........... An alógica.................... ................... ................... ................... ..............19 ....19  Falla/ Alarma Activa: Entrada Digital...................... Digital............................... ................... ................... ................... ................... ................... ..................19 ........19  E/S EXTERNA ................... ............................ ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................. ............19 ....19  Falla/ Alarma Activa: Límite Superior Super ior de Entrada Analógica Externa.................... Externa.............................. .................19 .......19  Falla/ Alarma Activa: Límite Inferior de Entrada Analógica Externa ................... ............................. ....................19 ..........19  Falla/ Alarma Activa: Entrada Digital Externa .................. ............................ ................... ................... ................... ................... .................19 .......19  FALLAS DE SOFTWARE .................. ............................ ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ..............19 .....19  Falla/ Alarma Activa: Falla Error de de Conversor Comunicaciones de CITIBus.................. .................... .......... ................... ................... .................... ...........20 .20   Falla/ Alarma Activa: C onversor de PCM....................... PCM.............. ................... ................... .................. ...............20 ......20 Falla/ Alarma Activa: Falla de Inversor de PCM .................. ............................ ................... .................. ................... ................... .............20 ....20  Falla/ Alarma Activa: Error de Sistema PCM .................. ........................... ................... ................... ................... ................... ..................20 .........20  Falla/ Alarma Activa: Error de Comunicación de Tarjeta de Conversión Remota..................20  Falla/ Alarma Activa: Error de Enumeración de Tarjeta de Control de Sistema.....................20 Sistema.....................20  Falla/ Alarma Activa: Error de Comunicaciones Seriadas .......... ................... ................... ................... ................... ................21 ......21  FALLAS DE HARDWARE...........................................................................................................21  Falla/ Alarma Activa: Alarma de Temperatura Ambiente......................... Ambiente.................................. ................... ................... ............21 ...21  Falla/ Alarma Activa: Alarma Auxiliar de Temperatura ................... ............................ .................. ................... ................... ............21 ...21  Falla/ Alarma Activa: Alarma de Temperatura de Inductor ................... ............................ ................... ................... ...............22 ......22  Falla/ Alarma Activa: Alarma de Alta Al ta Temperatura de Disipador de Calor......... Calor ................... ................... ..........22 .22  Falla/ Alarma Activa: Interrupción Instantánea por Sobrecorriente (IOT) del Inversor...........22  Falla/ Alarma Activa: Interrupción Instantánea por Sobrecorriente (IOT) de Inversor de Tarjeta de Conversor Remoto.......... Remoto ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... .............23 ...23  PCM .................... ................... ................... ................... ................... ...........23 .23  Falla/ Alarma Activa: Falla de Cruce de Cero de PCM.......... Controlador del Sistema......... Sistema ................... ...................23 .........23

 

OTRAS FALLAS/ ALARMAS .................. ............................ ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... ..................23 .........23  Falla/ Alarma Activa: Parada Central ................... ............................ ................... ................... ................... ................... .................. ................... ...........23 .23  Falla/ Alarma Activa: Impulsor Parado Manualmente.......................... Manualmente................................... .................. ................... .................23 .......23  Falla/ Alarma Activa: HOA Externo en Detenido ................... ............................ .................. ................... ................... ................... ............24 ..24  Falla/ Alarma Activa: Primer Arranque......... Arranque .................. .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ..........24 .24  Falla/ Alarma Activa: Bloqueo ................... ............................ ................... ................... ................... ................... .................. ................... ................... ............24 ...24  Falla/ Alarma Activa: Máximo de Arranques......... Arranques .................. .................. ................... ................... .................. ................... ................... ..........24 .24  Falla/ Alarma Activa: Error de Sincronización de Estado de Motor.......... Motor ................... ................... ................... ...........24 ..24  Falla/ Alarma Activa: Reloj VoltiosdedeTiempo Bus deReal Módulo Conversor de Energía (PCM) ................... .....................24 ..24 No Válido......... Válido ................... ................... ................... .................... ...........25 ..25   FORMAS DE ONDAS TÍPICAS .................. ........................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ..................26 .........26  IMPULSORES GCS EN PARALELO ................... ............................ .................. ................... ................... ................... ................... ................... ..................28 ........28  Conexión, Configuración y Operación de Impulsores Multigabinetes........................ Multigabinetes.................................. ................28 ......28   APLICACIONES DE BOMBAS ELÉCTRICAS SUMERGIBLES................. SUMERGIBLES........................... ................... ................... ................32 ......32  Introducción .................. ........................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... ................ ................ ..........32 .32  Fundamentos de ESP.................................................................................................................32  Ventajas del Controlador de Velocidad Variable V ariable (VSC) .................. ............................ ................... ................... .................... ..............33 ....33  Efectos del VSC Sobre las Bombas B ombas Centrífugas ................... ............................. ................... ................... ................... ................... ..............33 ....33  Efectos del VSC Sobre el Motor .................. ........................... ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ..............34 ....34  Momento de Torsión de Arranque.......... Arranque ................... ................... ................... ................... ................... ................... ................... .................. ..................34 .........34  Caída de Voltaje en Cable .................. ........................... ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... .............35 ....35   Aumento de Voltaje de Sincronización en Arranque......... Arranque .................. ................... ................... .................. ................... ................... ..........35 .35  Correspondencia de Medidas de d e Motor, Bomba y VSC ................... ............................ ................... ................... ................... ..............36 ....36  Límite de Potencia del Eje de la Bomba.......................... Bomba.................................... ................... ................... ................... ................... ................... ...........36 ..36  Límite del Cerramiento de la Bomba ................... ............................ ................... ................... .................. ................... ................... .................. ...............36 ......36  Vibración y Desgaste .................. ........................... .................. .................. ................... ................... .................. .................. .................. ................... ................. .............36 ......36  CONFIGURACIÓN BÁSICA DE VSC ................... ............................. ................... ................... ................... .................. ................... ................... ................37 .......37  Hoja de Trabajo para Arranque ................... ............................. ................... ................... ................... ................... ................... .................. ................... .............38 ...38  Registro de Instalación y Servicio...................... Servicio................................ ................... .................. ................... ................... .................. ................... .................39 .......39  Configuración Básica de Parámetros .................. ........................... ................... ................... ................... ................... ................... ................... ..............40 .....40  Formación de Capacitores..........................................................................................................42  Pruebas Sin Carga......................................................................................................................43  Prueba Sin Carga....................................................................................................................43  Prueba de Salida en Corto........ Corto .................. ................... .................. .................. ................... ................... .................. .................. ................... ................... ..........43 .43  DIAGNÓSTICO DE PROBLEMAS DE ARRANQUE DE MOTOR......... MOTOR ................... ................... ................... .................... ...........45 .45  Optimización ................... ............................ .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... ................. ...............46 .......46  Factor de Potencia de Entrada .................. ............................ ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... ...............46 ......46  Distorsión Armónica de la Línea de Energía de Entrada .................. ............................ ................... ................... ................... ............46 ...46  Operación ESP versus PWM...................... PWM................................ ................... .................. .................. .................. ................... ................... .................. ...............46 ......46  Corriente Mínima de Motor ................... ............................ .................. ................... ................... .................. .................. .................. ................... ................... ............46 ...46  Operación con Límite de Corriente de Funcionamiento en Pozos con Gas ................... ............................ ...........47 ..47  Demoras de Arranque.................................................................................................................47   ARRANQUE DE MOTOR ESP................. ESP........................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ...........48 ..48  INTRODUCCIÓN INTROD UCCIÓN ................................... ................. ................................... .................................. .................................. .................................. .................................. .................49 49   ARRANQUE DEL MOTOR ........ .................. ................... ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... ............49 ...49   ARRANQUE CON VOLTAJE REDUCIDO .................. ........................... ................... ................... .................. ................... ................... ................51 .......51  Inductor en Serie .................. ............................ ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................. ...............51 .......51  Transformador de Alta Impedancia.......................... Impedancia................................... ................... ................... .................. ................... ................... ................52 .......52   Autotransformador................  Autotransformador....... .................. ................... ................... .................. ................... ................... ................... ................... .................. ................... ...............52 .....52  Estado sólido...........................................................................................................................52   ARRANQUE CON FRECUENCIA VARIABLE .................. ........................... .................. ................... ................... .................. ................... ...........53 .53  CONCLUSIÓN CONCL USIÓN ................................. ................ ................................... ................................... .................................. .................................. ..................................... ......................54 ..54  Figura 7: Modelo de Impedancia para Arranque Directo En Línea ................... ............................. ................... ...........56 ..56  Figura 8: Longitudes Máximas de Cable .................. ........................... ................... ................... ................... ................... ................... ...............57 .....57  Figura 9: Momento de Torsión / Velocidad con Voltaje Constante................... Constante............................ ................... .............58 ...58  Figura 10: Momento de Torsión / Velocidad con Caída de Voltaje ................... ............................. ................... ...........58 ..58 

 

Figura 11: Momento de Torsión de d e Velocidad Variable / Velocidad................. V elocidad.......................... ................... .............59 ...59  DATOS RELATIVOS AL USO DE IMPULSORES PWM SOBRE SISTEMAS ESP .................... ......................60 ..60  Figura 12: Espectro PWM, portadora de 3 kHz generando 50 Hz ................... ............................. ................... ............62 ...62  Figura 13: Espectro PWM portadora 2.97kHz generando potencia de 60 Hz...................... Hz........................63 ..63  Figura 14: Portadora de 3 kHz generando potencia a 50 Hz, Modelo de un único valor agrupado ................... ............................ .................. ................... ................... .................. .................. ................... ................... .................. .................. ................. ................. ..........64 .64  Figura 15: Portadora de 3 kHz generando potencia a 50 Hz, modelo de cable con 15 secciones ................... ............................ .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... ................ ................64 .........64  Figura 16: ................... Portadora de 4875 Hz generando potencia a 50.................. Hz, ................... modelo de cable con 15 secciones ......... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... ................... ................ ................65 .........65  Figura 17: Portadora de 3675 Hz generando potencia a 50 hz, modelo de cable con 15 secciones ................... ............................ .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... ................ ................66 .........66  Figura 18: Seis pasos generando potencia a 50 Hz, modelo de cable con 15 secciones.....66 secciones .....66  IMPULSORES DE VELOCIDAD VARIABLE: DEFINICIONES, APLICACIONES Y COMPARACIONES........................................................................................................................67   Introducción .................. ........................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... ................ ................ ..........67 .67  Definiciones .................. ........................... .................. ................... ................... .................. .................. ................... ................... .................. .................. ................. ................. ..........67 .67  Componentes del VSD de CA....................... CA................................. ................... ................... ................... ................... ................... ................... .................67 .......67  Conversores .................. ............................ ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................. ....... 67  Rectificador de Entrada (o Conversor)......... Conversor) ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... .............. .... 67  Bus de CC ................... ............................ .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... ................ .......... ... 68  Inversor de Salida......... Salida ................... ................... .................. .................. ................... ................... .................. .................. .................. ................... ................. ......... .. 68  Topologías Comunes de VSD de CA.................... CA............................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ..........69 .69  Rectificadores Trifásicos en Puente Completo .................. ............................ ................... ................... ................... ................... .......... 69  Rectificadores Conversores Multipulsos ................... ............................ .................. ................... ................... .................. ................... ............ 69  Inversores de Fuente de Corriente........................ Corriente................................. ................... ................... .................. ................... ................... .............. ..... 70  Inversores de Fuente de Voltaje.................... Voltaje.............................. ................... ................... ................... .................. ................... ................... ............ ... 70  Equipo Opcional ................... ............................ .................. .................. ................... ................... .................. .................. .................. ................... ................... ................72 .......72  Reactores de Línea de Entrada.................. Entrada............................ ................... ................... ................... ................... ................... ................... ............... ..... 72  Supresores de Picos .................. ............................ ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ............. .... 72  Filtros pasivos y Corrección de Factor de Potencia ................... ............................. ................... ................... ................... ........... .. 72  Filtros Activos .................. ............................ ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ............... ..... 73   Aplicaciones.........  Aplicaciones .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................. ................74 .........74  Ventajas de VSD ................... ............................ .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... ..............74 .....74  Mejor Eficiencia del Sistema ................... ............................ ................... ................... .................. ................... ................... ................... ................... ......... 74  Producción de Pozo Maximizada ................... ............................ .................. ................... ................... ................... ................... ................... ............ .. 74  Producción Equiparada al Proceso .................. ............................ ................... ................... ................... ................... ................... .................. ......... 75  Equipo en Fondo de Pozo Aislado Ai slado .................. ........................... ................... ................... ................... ................... ................... ................... ........... 75  Tensiones de Arranque Reducidas ................... ............................ .................. ................... ................... ................... ................... .................. ......... 75  Interfase con Sistema de Suministro .................. ............................ ................... ................... ................... .................. ................... ................... ...........76 ..76  Factor de Potencia de Entrada........................... Entrada.................................... ................... ................... ................... ................... ................... ................. ....... 76  Distorsión de Corriente de Entrada .................. ............................ ................... .................. ................... ................... ................... ................... ......... 77  Distorsión de Voltaje de Entrada.......... Entrada ................... ................... ................... .................. ................... ................... ................... ................... ............ ... 78  Interfase de ESP .................. ............................ ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. .................. ...............78 ......78  Calentamiento de Motor/ Distorsión D istorsión de C Corriente orriente .................. ............................ ................... .................. ................... ................ ...... 78  Desgaste Mecánico .................. ........................... ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... ............... ...... 79  Tensiones de Voltaje ................... ............................ .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ............. ... 79  Momento de Torsión/ Corriente.......................... Corriente................................... ................... ................... .................. ................... ................... ................. ........ 80  Comparaciones...........................................................................................................................81   Interfase con el Suministro Eléctrico........................... Eléctrico.................................... ................... ................... ................... ................... ................... .............81 ...81  Rectificadores de Puente Completo de Seis Pulsos ................... ............................. ................... ................... .................... .......... 81  Rectificadores de Doce Pulsos..................... Pulsos.............................. ................... ................... .................. ................... ................... ................... .............. .... 83  Interfase de ESP .................. ............................ ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. .................. ...............85 ......85  Calentamiento de Motor/ Distorsión D istorsión de C Corriente orriente .................. ............................ ................... .................. ................... ................ ...... 85  Tensiones de Voltaje ................... ............................ .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ............. ... 87  Momento de Torsión/ Corriente.......................... Corriente................................... ................... ................... .................. ................... ................... ................. ........ 88 

 

Conclusiones ................. ........................... ................... .................. .................. ................... ................... .................. .................. ................... ................... ................ ................89 .........89  Glosario.......................................................................................................................................91   Referencias...................... Referencias............. .................. .................. ................... ................... .................. .................. ................... ................... .................. .................. ................ ....... 91  USO DE TARJETA DE PC ATA FLASH DISK CON PRODUCTOS DE CONTROL GCS............92  Introducción .................. ........................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... ................ ................ ..........92 .92  Insertando la tarjeta de PC en el despliegue desplie gue gráfico......... gráfico .................. ................... ................... ................... ................... ...................93 ..........93  Orientación Orienta ción ................................. ................ .................................. .................................. .................................. ................................... ..................................... ........................93 .....93   Reconocimiento de la tarjeta de PC en el despliegue gráfico .................. ........................... .................. ................... ................93 ......93  Uso de la Tarjeta de PCen enTarjeta la PC Windows 95/98.......................... 95/98................ ................... ................... ................... ................... ...............93 .....93   Trabajo con archivos de PC ................... ......... ................... .................. ................... ................... ................... ................... ................95 .......95 Diagnóstico de Problemas de Tarjetas de PC...................... PC............................... ................... ................... ................... ................... ................95 .......95  Problemas en el uso de la Tarjeta de PC con el Despliegue D espliegue GCS......................... GCS.................................. ................95 .......95  Problemas en el uso de la Tarjeta de PC con una PC P C Windows......................... Windows................................... ...................96 .........96  NUEVAS FUNCIONES FU NCIONES DE LA TARJETA TAR JETA DE PC ........ .................. ................... .................. ................... ................... .................. ...............97 ......97  Soporte de VFAT / Nombre Largo de Archivos de Windows.......... Windows ................... .................. ................... ................... ............98 ...98  Identificación Única / Nombre del Sitio .................. ........................... ................... ................... ................... ................... .................. ..................98 .........98  Guardar / Cargar Configuraciones de GCS Usando la Tarjeta T arjeta de PC ................... ............................. ................99 ......99  Modificaciones a Grabaciones de Datos Históricos .................. ............................ ................... .................. ................... ...............102 .....102  Menú Directorio / Archivo......... Archivo .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... ..................102 .........102  Menú Información Avanzada de Tarjeta de PC .................. ........................... .................. ................... ................... .................. .............103 ....103  Mejoras al Registro de Datos......... Datos .................. .................. ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... .............103 ...103  Convenciones de Denominación de Archivos Cuando se Usa la Tarjeta de PC .................104 .................104   APÉNDICE A: DIMENSIONES DE CABLES .................. ........................... .................. ................... ................... .................. ................... ...............106 .....106   APÉNDICE B: CAÍDA DE VOLTAJE EN CABLE........................ CABLE................................. ................... ................... ................... ................... ...........107 ..107   APÉNDICE C: CAPACIDAD DE MOMENTO DE TORSIÓN VARIABLE DEL VSC....................108 VSC....................108   APÉNDICE D: REPUESTOS RECOMENDADOS......... RECOMENDADOS ................... ................... .................. ................... ................... ................... ...............109 .....109 

 

Prefacio Este manual contiene información relativa al diagnóstico de problemas y aplicación de los impulsores de frecuencia variable (VSD en inglés) Electrospeed GCS. Aunque parte de la información a continuación es específica para Bombas Eléctricas Sumergibles (ESP en inglés) y las características únicas que presentan estas aplicaciones, gran parte de la información es aplicable para todo tipo de motores eléctricos. Toda persona responsable de la selección, aplicación y mantenimiento de impulsores de frecuencia variable puede obtener conocimientos valiosos a partir de la información que se presenta en este documento. La primera sección, DIAGNÓSTICO GENERAL DEL Electrospeed GCS, contiene procedimientos para diagnóstico y detección de problemas específicos para el Electrospeed GCS (Sistema de Control Gráfico). Las secciones subsiguientes proveen información sobre varios tópicos importantes incluyendo: FUNDAMENTOS DE ESP, Arranque de Motor ESP, Aplicación de impulsores de Modulación de  Ancho de Pulso (PWM) a Bombas Eléctricas Sumergibles (ESP) y Comparaciones Comparaciones y Definiciones de VSD. Se incluye también en esta guía una sección que describe el uso de la función de registro de datos incorporada al Electrospeed. La sección final de esta guía contiene varios apéndices que cubren: Dimensiones de Cables, Caída de Voltaje en Cables, Capacidades de VSD de Momento de Torsión Variable y una Lista de Repuestos Recomendados.

 

GUÍA DE DIAGNÓSTICO DE PROBLEMAS DEL Electrospeed GCS Una de las características del impulsor GCS que facilita la localización de un problema en particular es que el hardware está compartimentado y agrupado en ubicaciones físicas lógicas.  Además, la presencia de múltiples tarjetas impulsoras idénticas ayuda a localizar una tarjeta defectiva más rápidamente al permitir el intercambio directo de tarjetas.

FUNCIONALIDAD DE PCB La función de todas las tarjetas es directa y lógica. La PCB de Generación de Suministro genera toda la energía interna usada por el impulsor y controla los ventiladores de refrigeración. La PCB de Control de Sistema es responsable de todas las funciones básicas del impulsor. Además, esta tarjeta es el maestro de todas las comunicaciones, tanto internas como externas al impulsor. La PCB de Despliegue Gráfico es sólo un teclado para ingreso y un despliegue. No afecta la operación del impulsor (la excepción es que realiza la función de registro de datos). Todos los parámetros operativos se guardan en la PCB de Control de Sistema y no en el despliegue. Las tarjetas impulsoras controlan cada uno de los dispositivos de energía, pero obtienen sus señales actuales desde la PCB de Control del Sistema. Los módulos de E/S externos son simplemente entradas digitales y analógicas adicionales.

LEDS DE DIAGNÓSTICO La mayoría de los Diodos Emisores de Luz (LED) de Diagnóstico tienen una función obvia. Por ejemplo, todos los LED de suministro de energía indican que hay algún voltaje de suministro de energía nominal presente, y los LED de actividad del procesador indican que los procesadores están al menos despiertos y ejecutando instrucciones. Sin embargo, los LED de Interrupción por Sobrecarga Instantánea (IOT) son quizás los LED más malentendidos del impulsor. Un LED de IOT no indica automáticamente que la tarjeta impulsora es defectuosa, o que el transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) es defectuoso o que la PCB de Control de Sistema es defectuosa. Pueden indicar cualquiera, todas o ninguna de estas condiciones. Por supuesto, un IOT consistente en una ubicación física puede indicar una falla de hardware. Si éste es el caso, refiérase al Diagrama de Falla/Alarma Activa para indicaciones sobre diagnóstico de problemas. Por otra parte, si más de un LED de IOT está encendiéndose a la vez, es importante notar la disposición. Dos principios son importantes. Primero, puesto que toda la corriente producida por el impulsor tiene que salir de uno de los cables de salida y volver en otro, es lógico suponer que si hay un problema, se procesando notará en al tiene menos dos fases. Segundo, recuerde que todaalaesto, corriente que el inversor está que venir a través del conversor. Debido cuando usted comienza a tener problemas de IOT, lo primero que se debe notar es si los IOT aparecen en forma consistente en el mismo lugar. Si es así, entonces es probable que el problema esté en la carga o en el hardware del inversor. Si no, es más probable que el problema esté en el conversor o que esté relacionado con el sistema de energía.

Problemas de conversor Cualquier problema en el conversor (ya sea problema de hardware o condiciones transitorias del sistema de energía) ocasionará un cambio en el voltaje del bus de CC. Puesto que la frecuencia debe seguir al voltaje, esto significa que si el voltaje del bus de CC sube, habrá corriente adicional en la salida a medida que el impulsor trata de acelerar el motor. Ahora esto puede suceder en cualquier instante, y puesto que no hay correlación entre qué dispositivo de salida está encendido y el problema del conversor, cualquiera de los circuitos de IOT puede detectar un problema. En esta situación, verifique todo hardware del conversor por del Silicio o SCRs, conectores deelpuertas, Tarjetas de Señal(Rectificadores de Conversor, Controlados PCB de Control Sistema) y

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repare según sea necesario. Además, como se notó anteriormente, sospeche de todo el sistema de energía incluyendo todas las conexiones que llevan al impulsor y al transformador de entrada.

Problemas de Inversor/ Carga Parecería obvio que si hay un problema con la carga conectada entre la fase A y la fase B en la salida del impulsor, siempre aparecería una IOT en estas fases en el impulsor. Desafortunadamente, no es siempre el caso. Esto es especialmente así con algunas fallas eléctrico. Esto seinductancia debe a quedel haycable un elemento de tiempo involucrado como de un arco elemento debido a la y del transformador. A veces la así falla real puede demorarse en el tiempo. Debido a esto, puede parecer que la falla se mueve de fase a fase. Sin embargo, si usted nota la disposición, normalmente tenderá a aparecer en una secuencia dominante (A-B, A-B, A-B, A-C, A-B, etc.). En estos casos puede ayudar rotar los cables de salida del impulsor (A se mueve a B, B se mueve a C, y C se mueve a A) para ver si el problema sigue a los cables. Recuerde que aun si la falla está de manera segura entre las fases A y B, podría aparecer en el ciclo positivo o negativo. Esto significa que cualquier par de cuatro LEDs podría encenderse para indicar sólo un problema.

PROCEDIMIENTO PROCEDIMIENT O GENERAL DE DIAGNÓSTICO DE PROBLEMAS 1. Siempre comience con los LED de diagnóstico de las tarjetas. Con energía aplicada al impulsor debería haber dos LED visibles en la tarjeta de suministro de energía, uno en cada uno de las PCB de Señal de Inversor, dos LED encendidos fijos en el PCB de Control del Sistema y dos titilando. Además, el despliegue debería tener al menos un LED encendido (ya sea fijo o titilando) y la pantalla del menú principal debería desplegarse. Si hay módulos de E/S presentes, debería haber un LED encendido fijo visible desde el exterior, y un LED titilando visible a través de la abertura. La operación adecuada de estos LED indica una operación nominal de todos los suministros locales de energía, y actividad normal del procesador. 2. Una vez que se ha alcanzado este nivel de operación, el próximo paso es realizar una Prueba de Funcionalidad. Para hacer esto, desactive (el)los conversor(es) moviendo los saltos de activación de conversor en la PCB de Control del Sistema. Luego oprima el botón de arranque y verifique el estatus normal de las funciones de despliegue, y la actividad apropiada del LED de señal del inversor. Si el impulsor no arranca, vea la pantalla de estatus y siga los pasos apropiados relativos a cualquier Alarma Activa que aparezca. 3. Luego de parar el impulsor, reactive el(los) conversor(es) y realice una prueba sin carga. Verifique que el impulsor regule el voltaje de salida correctamente (mitad de voltaje a la mitad de frecuencia, etc.) y que llegue al voltaje máximo sin generar una falla. Es importante que esta prueba se realice sin nada conectado a las terminales de salida. Aún un transformador descargado puede agregar confusión. 4. Si el impulsor opera apropiadamente sin carga, la próxima prueba a realizar es la prueba de salida en cortocircuito. El propósito de esta prueba es verificar que tanto la sección de inversor como la de conversor producen la corriente de especificación. Mientras opera el impulsor con salida en cortocircuito, verifique que las tres corrientes de salida y las de entrada estén aproximadamente balanceadas y estables. Además, verifique que no haya un componente de CC significativo de las corrientes (esto es evidente por el hecho de que un circuito de bloqueo en el amperímetro parecerá “pegarse” en la posición cerrada). Cualquier CC excesiva indicaría un dispositivo que no se enciente. Por supuesto, cualquier IOT durante esta prueba indicará

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normalmente problemas de hardware (vea la sección anterior sobre LED de Diagnóstico, y la sección del Gráfico de Falla/ Alarma Activa relativa a IOT).

PRUEBA DE FUNCIONALIDAD 1. Encienda. Verifique que el Despliegue Gráfico se inicialice apropiadamente y que los LED de actividad del procesador estén normales. Verifique también todos los LED de suministro de energía. 2. Desactive el(los) conversor(es) moviendo los saltos de activación. 3. Configuración: Baja carga- no, Sobrecarga y Límite de Corriente de FuncionamientoMáximo. Interrupción de Baja Velocidad- No, Modo de Inversor- 6 Pasos 4. Oprima “Arrancar”. “Arrancar”. La pantalla de estatus debería mostrar “Funcionando “Funcionando xx Hz.” (“Running xxHz”) (donde xx debería ser (Bloqueo de Baja Velocidad)- 5Hz.), el LED de Funcionamiento debería estar encendido, los ventiladores deberían arrancar, y los LED de señal de inversor deberían estar titilando a la frecuencia de operación (los LED de conversor no estarán encendidos con el(los) conversor(es) desactivados). 5. Verifique que el voltaje de salida y la corriente desplieguen cero. 6. Este es un buen momento momento para verificar verificar que todos los sensores de temperatura interna leen temperaturas cercanas a la temperatura ambiente.

PRUEBA SIN CARGA 1. Desconecte todos los cables de la salida del impulsor (Una prueba en un transformador descargado puede crear confusión en los resultados de la prueba si el transformador tiene problemas). 2. Active los conversores conversores moviendo moviendo los saltos de activación. 3. Configuración: Baja carga- no, Sobrecarga y Límite de Corriente de FuncionamientoMáximo, Voltios a 60 Hz.- 480, Bloqueo de Voltaje- 500, Aumento de Voltaje- 0, Frecuencia Establecida 30 Hz., Interrupción de Baja Velocidad- No, Modo de Inversor- 6 Pasos. 4. Oprima “Arrancar”. “Arrancar”. La pantalla de estatus y los LED de Funcionamiento deberían mostrar estado en funcionamiento, todos los LED de señal de inversor y conversor deberían estar encendidos. Verifique que la frecuencia y el voltaje de salida aumentan uniformemente desde el mínimo 30hz y 240V salto podrían repentino de voltaje y frecuencia luego del La arranque seguidohasta por un “golpe” del (un impulsor indicar problemas en el conversor). frecuencia y el voltaje deberían estar relativamente estables. NOTA: Puede haber una pequeña cantidad de “caza” u oscilación del voltaje y la frecuencia y esto no es un problema. Debería ser unas pocas décimas de Hz. hasta un máximo de un hertz. 5. Ajuste la Frecuencia Establecida a 60hz. La frecuencia y el voltaje deberían aumentar hasta 60hz y 480 voltios a la tasa establecida por el parámetro Tiempo de Aceleración. (NOTA: este parámetro define el tiempo de 0 a 60hz.). 6. Oprima “Parar” “Parar” y verifique que el impulsor disminuye lentamente hasta parar y apagarse. Puesto que el impulsor está completamente sin carga, llevará algún tiempo hasta que esto suceda y este proceso no está afectado por el parámetro Tiempo de Desaceleración (a menos que el Tiempo de Desaceleración esté definido como un valor extremadamente grande).

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PRUEBA DE SALIDA EN CORTOCIRCUITO 1. Conecte los cables de cortocircuito a la salida del impulsor o el secundario del transformador elevador. 2. Asegúrese de que el(los) conversor(es) esté(n) activos. 3. Configuración: Baja carga- no, Sobrecarga y Límite de Corriente de FuncionamientoMáximo, Límite de Corriente de Sincronización- Máximo, Voltios a 60 Hz.- 480, Bloqueo de Voltaje- 500, Aumento de Voltaje- 0, Frecuencia Establecida 30hz. Interrupción de Baja Velocidad- No, Modo de Inversor- 6 pasos, Frecuencia de Sincronización 15 Hz., Demora de Sincronización- 6 seg. 4. Oprima “Arrancar”. El impulsor debería arrancar y la corriente de salida debería alcanzar el valor de Límite de Corriente de Sincronización durante el tiempo establecido en la Demora de Sincronización y luego bajar al valor de Límite de Corriente de Funcionamiento. Las corrientes de salida deberían estar balanceadas, estables, y sin CC. 5. Si el impulsor se interrumpe debido a IOT IOT durante la Demora de Sincronización, reduzca el Límite de Corriente de Sincronización en un 10%. Bajo algunas condiciones de campo, la corriente pico se puede reducir un poco. 6. Se puede o bien permitir que el impulsor funcione continuamente en este modo, o se lo puede ciclar definiendo el Valor de Baja Carga un poco por encima del valor de Límite de Corriente de Funcionamiento y definiendo los arranques en “Infinito”.

PRUEBA DE IGBT Con un medidor de resistencia, de lo más que usted puede asegurarse al probar dispositivos de energía es que no estén cortocircuitados. Tenga cuidado al declarar que un dispositivo es “defectuoso” luego de haber medido 6 megaohm en lugar de 10 megaohm. La única prueba segura en el campo es “¿Funciona en el impulsor?”. Cuando pruebe un transistor bipolar de puerta aislada (IGBT), realice primero todas las mediciones de terminal a terminal usando la escala de “diodo” en el medidor. La mayoría de éstas deberían indicar un circuito abierto. La excepción es la medición desde el colector al emisor con la punta positiva en el emisor. Esta lectura debería ser la caída hacia delante del diodo paralelo interno o aproximadamente 0,3 a 0,4v. Luego cambie a la escala de ohms y verifique de puerta a emisor. Usted verá el efecto de la capacidad de la puerta si usted mira rápidamente cuando conecta las puntas. El despliegue debería mostrar un cambio rápido de baja a alta resistencia a medida que carga la capacidad interna de la puerta. Si usted invierte entonces las puntas, usted debería ver el mismo efecto.

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Diagramas de Flujo Generales para Diagnóstico de Problemas La sección a continuación provee varios diagramas de flujo para diagnósticos de problemas que asistirán al usuario en el diagnóstico de problemas con un impulsor GCS. La ilustración que sigue describe los símbolos usados en los diagramas y enumera las funciones asociadas.

Start or End of Flow Chart Section

START

Chart or test flow direction  indicator  Check Power  Supply LEDs On ISBs

 YES

OK?

Check ISBs & IGBTs or  GoTo Fault Chart

Procedure or Function

NO

Decision

Off Page connector or pointer  to another Flow Chart section

FIGURA 1: DEFINICIONES DE SÍMBOLOS DE DIAGRAMAS DE FLUJO

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START

 YES

Display?

NO

No Display

NO

Active Alarms?

 YES

Fault / Active Alarm Chart

 YES

Drive will Start?

NO

Won't Start

NO

Blows Fuses?

 YES

Bad Converter 

NO

 YES

Fault?

Normal Operation?

 YES

NO

Fault / Active   Alarm Chart or  Bad Inverter 

Setup Problems

END

 

FIGURA 2: DIAGRAMA DE FLUJO GENERAL DE DIAGNÓSTICO Página 12

 

NO DISPLAY

ES

Replace Power  Supply

NO

On System Control PCB On?

Replace or Cable

Replace Control PCB Power  Wires

24V LED

ES

ES

24V LED On Power  Supply PCB On?

150V LED On Power  Supply On?

NO

NO

Check Fuses Or  120V Transformer 

 

FIGURA 3: DIAGRAMA DE FLUJO DE PROBLEMA DE DESPLIEGUE

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Bad Converter 

 YES

Fuses OK?

NO

NO

SCRs OK?

Replace Bad SCRs and Fuses

Check All SCRs for  Shorts

YES

Press Start

Replace Bad Fuses

Disable Converter(s)

NO

LEDs On?

Verify proper  Bus Control & Balanced Input Current

Replace Cnv Sig. PCB Power On

NO Measure Bus Volts

LEDs OK?

YES

Replace SysCon PCB

YES

 YES

OK?

NO

Replace Cnv Sig. PCB  YES

Enable Converter(s)

Bus Volts=0?

NO

Recheck All SCRs END

 

FIGURA 4: DIAGRAMA DE FLUJO DE PROBLEMA DE CONVERSOR

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Won't Start

Check Activity LEDs on SysCon PCB

 YES

Normal?

NO

Replace SysCon PCB

Replace Display

END

 

FIGURA 5: DIAGRAMA DE FLUJO DE PROBLEMAS DE ARRANQUE

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Bad Inverter  

Check Power   Supply LEDs  On ISBs 

 YES 

OK? 

NO 

 YES

Replace Bad  ISBs 

Perform  Functionality  Test 

 YES 

Signal  LEDs  OK? 

Controls Bus Volts?

Bad  Converter  

Perform Shorted Output Test

NO

NO 

NO

 YES Balanced Currents?

Replace Bad  ISBs 

 YES

IOTs?

NO

NO

Check ISBs & IGBTs

Random? 

YES 

Decrease  ILimit Sync 

Perform No  Load Test  END

 YES 

Signal  LEDs OK?  

NO 

Check ISBs & IGBTs or  GoTo Fault Chart

FIGURA 6: DIAGRAMA DE FLUJO DE PROBLEMAS DE INVERSOR

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Diagrama de Falla/ Alarma Activa Una Alarma Activa es toda condición que pueda hacer que el impulsor pare por cualquier razón excepto una parada manual (oprimir el botón Parar). La mayoría de las condiciones de alarma pueden asociarse con un reloj para demorar la parada por algún período de tiempo. Cuando la unidad se detiene, la Alarma Activa se considera una Parada, y se la guarda como tal en la Historia de Paradas. Aunque los nombres “Falla” y “Alarma” implican problemas, una Alarma  Activa puede no significar necesariamente que hay algo mal. Algunas pueden ser ocasionadas por condiciones normales del proceso externo que pueden ocasionar que el impulsor se detenga por algún período de tiempo. Otras son problemas reales detectados por el impulsor mismo. Mientras estén presentes las condiciones que causan cualquier Alarma Activa, la alarma será anunciada en la pantalla de estatus en el área denominada “Alarmas Activas” (“Active Alarms”). Luego de una parada, el área de la pantalla de estatus “Última Parada” (“Lst Shtdn”) indicará qué  Alarma Activa ocasionó la última parada del impulsor. La mayoría de las Alarmas Activas tienen un reloj de Tiempo a Esperar que determina cuánto tiempo se ignorará una Alarma Activa luego de iniciar un Arranque, y un reloj de Demora de Parada que determina cuánto tiempo debe ser válida la Alarma Activa antes que ocurra una Parada. Además, la mayoría de las alarmas pueden ser desactivadas, o programadas para hacer que el impulsor se “bloquee” o pare permanentemente como resultado de la alarma. Unas pocas Alarmas, tales como las temperaturas de los Disipadores de Calor, pueden ser sólo monitoreadas pero no cambiadas ya que afectan la operación del impulsor. Las Fallas/ Alarmas Activas pueden ser agrupadas en general en seis categorías. Éstas son: Límites Operativos E/S Incorporada E/S Externa Fallas de Software Fallas de Hardware Otras Se describirá cada grupo en detalle en las secciones a continuación.

LÍMITES OPERATIVOS Los Límites Operativos se refieren a un número de parámetros de tiempo real medidos o calculados. Muchos de éstos pueden ser programados para que causen una parada del impulsor si el valor del parámetro cruza un límite definido por el usuario. Algunos, tales como el voltaje de entrada, se monitorean porque pueden afectar la operación del impulsor si están por fuera de los valores nominales. Otros, tales como la corriente de salida, se usan para monitorear y proteger la carga.

Falla/ Alarma Activa: Sobrevoltaje de Entrada Despliegue Típico: OvrVlt Descripción: El voltaje de entrada al impulsor es mayor que el Valor de Sobrevoltaje. Acción Correctora: Verificar la energía de entrada o ajustar el Valor de Sobrevoltaje. Falla/ Alarma Activa: Bajo Voltaje de Entrada Despliegue Típico: UndVlt Descripción: El voltaje de entrada al impulsor es menor que el Valor de Bajo Voltaje. Acción Correctora: Verificar la energía de entrada o ajustar el Valor de Bajo Voltaje. Además, puesto que el voltaje de entrada se monitorea a través de los conectores de puerta del

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rectificador controlado por silicio (SCR), este síntoma podría ser originado por conectores de puerta flojos o una Tarjeta de Señal de Conversor (CSB) dañada.

Falla/ Alarma Activa: Desequilibrio de Voltaje de Entrada Despliegue Típico: Vunbal Descripción: Las magnitudes relativas (en porcentaje) de los tres voltajes de entrada ha excedido el Valor de Desequilibrio de Voltaje. Acción Correctora: Verifique la energía de entrada o ajuste el Valor de Desequilibrio de Voltaje.  Al igual que con el Bajo Voltaje de Entrada, el hardware del conversor puede afectar estos valores.

Falla/ Alarma Activa: Interrupción por Baja Velocidad Despliegue Típico: LST Sd Alm Descripción: La frecuencia de salida del impulsor ha caído por debajo del Valor del Bloqueo de Baja Velocidad durante un período mayor que la Demora de Parada. Acción Correctora: Puesto que la Frecuencia Establecida no puede definirse por debajo del Bloqueo de Baja Velocidad, y lo único que puede anular esto es el Límite de Corriente de Funcionamiento, esta falla indicará normalmente que la carga en el impulsor ha aumentado dramáticamente. A medida que crece la carga, la función de Límite de Corriente de Funcionamiento hará que el impulsor disminuya la velocidad intentando controlar la corriente de salida. Si este efecto es lo suficientemente severo, la frecuencia de salida caerá por debajo del valor de configuración, generando una Interrupción por Baja Velocidad. Verifique el motor y la carga para detectar problemas. Falla/ Alarma Activa: Sobrecarga Despliegue Típico: Ovld Descripción: La corriente de salida del impulsor ha excedido el Valor de Sobrecarga durante un período de tiempo mayor que la Demora de Parada. Acción Correctora: O bien disminuya la corriente de salida cambiando la frecuencia de operación, o aumente el Valor de Sobrecarga. Si el problema es una condición transitoria, el alargar la Demora de Parada puede ayudar. Falla/ Alarma Activa: Baja Carga Despliegue Típico: Undld Descripción: La corriente de salida del impulsor ha caído por debajo del Valor de Baja Carga durante un período de tiempo mayor que la Demora de Parada. Acción Correctora: O bien aumente la corriente de salida cambiando la frecuencia de operación, o disminuya el Valor de Baja Carga. Si el problema es una condición transitoria, el alargar la Demora de Parada puede ayudar.

E/S INCORPORADA La PCB de Control del Sistema tiene E/S digital y analógica incorporada que puede usarse para arrancar, parar y controlar la frecuencia del impulsor. Cada entrada digital puede programarse para activar una parada en cualquier estado (alto activo o bajo activo). Cada entrada analógica tiene límites superior e inferior asociados que pueden ser programados para activar una parada.

Falla/ Alarma Activa: Límite Superior de Entrada Analógica Despliegue Típico: AIx Hi (donde x designará la entrada y será 1 ó 2) Descripción: La entrada analógica designada ha excedido el Valor del Límite Superior. Acción Correctora: Determine la causa de la señal analógica excesiva o ajuste los parámetros de Límite Superior. Todo el hardware asociado con esta entrada está en la PCB de Control del Sistema de manera que las fallas de esta tarjeta pueden causar lecturas erróneas.

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Falla/ Alarma Activa: Límite Inferior de Entrada Analógica será 1 ó 2) Despliegue Típico: AIx Lo (donde x designará la entrada y será Descripción: La entrada analógica designada ha caído por debajo del Valor del Límite Inferior. Acción Correctora: Determine la causa de la señal analógica demasiado baja o ajuste los parámetros de Límite Inferior. Todo el hardware asociado con esta entrada está en la PCB de Control del Sistema de manera que las fallas de esta tarjeta pueden causar lecturas erróneas. Falla/ Alarma Activa: Entrada Digital Despliegue Típico: DIx (donde x designará la entrada y será 1, 2 ó 3) Descripción: El estado de la entrada digital designada ha cambiado al Valor de Estado de  Alarma Activa. Acción Correctora: Verifique la entrada digital o cambie los parámetros de configuración asociados para corregir la alarma. Todo el hardware asociado con esta entrada está en la PCB de Control del Sistema de manera que las fallas de esta tarjeta pueden causar lecturas erróneas.

E/S EXTERNA Cada Módulo Externo de E/S tiene entradas digitales y analógicas que se usan de manera similar a la E/S Incorporada. La diferencia primaria está en la manera en que se despliegan las  Alarmas Activas.

Falla/ Alarma Activa: Límite Superior de Entrada Analógica Externa Despliegue Típico: EXm AIx Hi (donde x designará la entrada y será 1 ó 2, y m designará al Módulo de E/S Externo asociado con la entrada [EX1 a EX3]) Descripción: La entrada analógica designada ha excedido el Valor del Límite Superior. Acción Correctora: Determine la causa de la señal analógica excesiva o ajuste los parámetros de Límite Superior. Todo el hardware asociado con esta entrada está en el Módulo de E/S de Expansión de manera que las fallas de esta tarjeta pueden causar lecturas erróneas. Falla/ Alarma Activa: Límite Inferior de Entrada Analógica Externa Despliegue Típico: EXm AIx Lo (donde x designará la entrada y será 1 ó 2, y m designará al Módulo de E/S Externo asociado con la entrada [EX1 a EX3]) Descripción: La entrada analógica designada ha caído por debajo del Valor del Límite Inferior. Acción Correctora: Determine la causa de la señal analógica demasiado baja o ajuste los parámetros de Límite Inferior. Todo el hardware asociado con esta entrada está en el Módulo de E/S de Expansión de manera que las fallas de esta tarjeta pueden causar lecturas erróneas. Falla/ Alarma Activa: Entrada Digital Externa Despliegue Típico: EXm DIx (donde x designará la entrada y será 1, 2 ó 3, y m designará al Módulo de E/S Externo asociado con la entrada [EX1 a EX3]) Descripción: El estado de la entrada digital designada ha cambiado al Valor de Estado de  Alarma Activa. Acción Correctora: Verifique la entrada digital o cambie los parámetros de configuración asociados para corregir la alarma. Todo el hardware asociado con esta entrada está en el Módulo de E/S de Expansión de manera que las fallas de esta tarjeta pueden causar lecturas erróneas.

FALLAS DE SOFTWARE El impulsor GCS puede contener hasta 6 microprocesadores, los cuales están todos en comunicación constante y monitoreando y verificando la operación normal. Algunos errores internos tales como errores de sincronización o errores de comunicaciones seriadas causarán una parada y una Falla/ Alarma anunciada. La mayoría de estas fallas generarán una parada instantánea y no tendrán parámetros de configuración asociados.

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Falla/ Alarma Activa: Error de Comunicaciones de CITIBus Despliegue Típico: xxx Com Error (donde xxx será PCM (Módulo de Conversión de Energía), Despliegue o E/S Externa) Descripción: Uno de los procesadores internos ha dejado de comunicarse en el bus serial interno. Acción Correctora: El parámetro xxx indicará el procesador que ha dejado de comunicarse. Puesto que no hay parámetros de configuración que puedan afectar esta situación, la única acción a tomar es identificar el hardware que está generando el error y reemplazarlo con un nuevo componente (es decir nuevo despliegue, módulo de E/S externo, PCB de Control del Sistema, etc.).

Falla/ Alarma Activa: Falla de Conversor de PCM Despliegue Típico: Cnvtr Flt Descripción: El reloj interno de control del Módulo de Conversión de Energía (PCM) ha determinado que el módulo de software conversor ha dejado de operar. Acción Correctora: Esta falla “fatal” siempre ocasionará una parada ya que implica que el conversor ha dejado de funcionar. Aunque la rutina de parada intentará un arranque del módulo de software, una manera segura de solucionar esta falla es ciclar la energía de la unidad. Esto vuelve a inicializar todo el software y restaura la operación normal. Falla/ Alarma Activa: Falla de Inversor de PCM Despliegue Típico: Invtr Flt Descripción: El reloj interno de control del Módulo de Conversión de Energía (PCM) ha determinado que el módulo ha dejado de operar. Acción Correctora: Similarde a lasoftware Falla deinversor Conversor. Si el impulsor no se recupera automáticamente, desconecte la energía y vuelva a conectarla.

Falla/ Alarma Activa: Error de Sistema PCM Despliegue Típico: PCM Sys Err Descripción: Esta es una falla genérica relacionada con errores internos en el 68332. Este error incluye casos como división por cero y fallas en el bus de datos. Esta falla implica algún tipo de operación impropia del procesador. Acción Correctora: Esta falla debería observarse raramente. Si ocurre en forma repetida lo único que se puede hacer es reemplazar la PCB de Control del Sistema. Falla/ Alarma Activa: Error de Comunicación de Tarjeta de Conversión Remota Despliegue Típico: RCB Com Err Descripción: Cuando se ha configurado un impulsor Electrospeed para utilizar más de una tarjeta de control sistema, esta falla aparecerá si esa(s)Normalmente tarjeta(s) adicional(es) falla(n) en comunicarse con de la tarjeta maestra de control de sistema. este anuncio de falla aparecerá brevemente, sólo hasta que la SCB maestra acusa recibo de la falla. La indicación de falla activa cambiará entonces a Error de Enumeración de SCB, que se describe en el párrafo siguiente. Acción Correctora: Este error de comunicación entre tarjetas de control de sistema es ocasionado usualmente por cables de comunicación con fallas o dañados. Verifique todas las conexiones de las tarjetas de conversión remotas (RCB) y reemplace los cables si es necesario. Si no se encuentran cables con fallas, el circuito de control de comunicaciones en una o varias de las tarjetas puede haber sido dañado. El único remedio es el reemplazo de la(s) SCB(s).

Falla/ Alarma Activa: Error de Enumeración de Tarjeta de Control de Sistema Despliegue Típico: SCB Enum Err Descripción: Como se discutió en el párrafo anterior relativo a Error de Comunicación de RCB, cuando se ha configurado un impulsor Electrospeed para usar tarjetas de conversión remotas y unadesplegará o más de esas tarjetas fallade enComunicación comunicarse con la SCB maestra, se sea desplegará este se error. Se primero el Error de RCB, y una vez que reconocido,

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desplegará Error de Enumeración de SCB. Esto significa esencialmente que se le ha dicho a la SCB maestra que hay un cierto número de tarjetas remotas conectadas y que una cantidad menor a ese número ha sido detectada actualmente. Acción Correctora: Como se explicó en el párrafo de acción correctora de Error de Comunicación de RCB, estos errores son ocasionados normalmente por fallas en los cables de comunicaciones o fallas en las tarjetas de control del sistema. El menú “Configuración de RCB” ayudará a diagnosticar qué tarjeta(s) ha(n) ocasionado la falla. En el menú “Configuración de RCB” verifique el valor del parámetro denominado “Última Dirección de RCB”. El valor de ese parámetro indicará cuántas se estánlacomunicando. Por ejemplo, si un sistema tresDe SCB y la última dirección esSCB 2, entonces falla residirá entre la segunda y la terceratiene tarjeta. la misma manera, si un sistema tiene cuatro SCB y el valor de la Última Ú ltima Dirección de RCB es 2, entonces el problema reside entre la segunda y la tercera tarjeta. Una vez que el problema está resuelto, verifique el valor de Última Dirección de RCB otra vez para determinar si las cuatro SCB son detectadas, o si existe aún un problema entre la tercera y cuarta tarjeta. Si se puede descartar una falla en el cableado, entonces es probable que q ue el problema se deba a hardware con fallas en la tarjeta de conversión remota. El problema debería remediarse reemplazando la RCB.

Falla/ Alarma Activa: Error de Comunicaciones Seriadas Despliegue Típico: Serial Com Descripción: Ha habido un error no recuperable en las comunicaciones del RS-232. Acción Correctora: Este problema puede ser ocasionado por o bien una configuración inapropiada, o bien problemas reales de hardware. Verifique primero los valores de SCADA en el menú Seguridad y Sistemas”. que son los mismos valores los que hay en“SCADA, la computadora principal que estáAsegúrese intentandodecomunicarse. Si eso no corrigeque el problema, pruebe con una tasa de baudios más lenta para ver si el problema está en la tasa de transferencia de datos. Para problemas de hardware, pruebe primero conectando directamente en la PCB de Control del Sistema en J22, y finalmente, pruebe con una PCB de Control de Sistema nueva.

FALLAS DE HARDWARE Estas clases de fallas/ alarmas generalmente se refieren a alguna pieza interna de hardware dedicada que ha detectado operación inapropiada, o algún valor medido que está fuera de los límites. Además, estas fallas están concentradas en la operación apropiada y en la protección del hardware del impulsor en sí antes que en la carga o en el motor que está conectado al impulsor. Con la excepción de la Alarma Auxiliar de Temperatura, estas alarmas no tienen parámetros configurables por el cliente. Falla/ Alarma Activa: Alarma de Temperatura Ambiente Despliegue Típico: Amb tmp Alm Descripción: La temperatura ambiente interna ha excedido los 85 grados Centígrados.

Acción Correctora: Este sensor de temperatura está localizado en la PCB de Control del Sistema, por lo tanto mide la temperatura interna del impulsor. Primero, verifique el(los) pequeño(s) ventilador(es) que sopla(n) aire a través del intercambiador de calor aire a aire. Si no están operando, verifique primero los fusibles de la tarjeta de suministro de energía y luego los ventiladores mismos. Estos ventiladores se encienden y apagan con un relé en la tarjeta de suministro de energía, de manera que una falla en la tarjeta podría causar también este síntoma. Finalmente, la PCB de Control del Sistema en sí podría estar generando una lectura falsa si la tarjeta está dañada. Falla/ Alarma Activa: Alarma Auxiliar de Temperatura  Aux tmp Alm Despliegue Típico:

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Descripción: La Entrada auxiliar de temperatura ha excedido su límite definido. Acción Correctora: Esta entrada es para uso del cliente. Sus parámetros operativos son completamente ajustables por el cliente. Debido a esto, esto no es tanto una falla sino un aviso. Una ocurrencia de esta alarma se puede corregir o bien cambiando la condición del equipo monitoreado, o bien cambiando los parámetros de configuración de esta entrada. Falla/ Alarma Activa: Alarma de Temperatura de Inductor Despliegue Típico: Ind tmp Alm Descripción: La temperatura del reactor de enlace (inductor) ha excedido el límite permitido. Acción Correctora: La alta temperatura del inductor puede deberse o bien por una refrigeración inadecuada, o por una operación inadecuada del impulsor. Primero, verifique que los ventiladores de refrigeración estén operando, y que la base del impulsor no esté bloqueada por materiales extraños. Además, asegure que la temperatura ambiente no esté por encima de la temperatura definida para el impulsor bajo las condiciones operativas actuales. Si estas condiciones están todas bien, entonces verifique una operación posiblemente inadecuada. La temperatura de los reactores de enlace es directamente proporcional (en algunos modos operativos) a la diferencia entre el voltaje de entrada y de salida del impulsor. Por lo tanto, es deseable operar al voltaje de salida más alto posible. Esto es especialmente verdadero si el impulsor tiene una carga pesada. Si es necesario, reajuste los valores de Voltios a 60 Hz. y de frecuencia de operación. Falla/ Alarma Activa: Alarma de Alta Temperatura de Disipador de Calor Despliegue Típico: HSx Alm (donde x designa un disipador de calor individual HS1-HS4)  La temperatura del disipador de calor designadohabrá ha excedido valor predefinido. Descripción: Acción Correctora:  Dependiendo de la medida del impulsor, de uno aelcuatro sensores de temperatura de disipador de calor. Cada sensor monitorea aproximadamente la operación de un ventilador externo de refrigeración debido a la ubicación física de los sensores. Si sólo un sensor indica un exceso de temperatura, verifique primero el ventilador de refrigeración asociado con ese sensor. Además, al igual que con los demás problemas relacionados con refrigeración, verifique que el paso de aire no esté obstruido. Si los ventiladores de refrigeración parecen estar operando correctamente, verifique el sensor de temperatura y el cableado conectándolo en forma temporal a una entrada diferente. Si es necesario, reemplace la PCB de Control del Sistema.

Falla/ Alarma Activa: Interrupción Instantánea por Sobrecorriente (IOT) del Inversor Despliegue Típico: Phase X Pos (Neg) IOT (X designa a la fase, A, B, o C) Descripción: Se ha detectado una condición de IOT en la fase designada. Pos o Neg indica si es el dispositivo conectado a la barra de bus positiva o negativa.  El inadecuada. circuito de IOT semiconductor en elde inversor Acción controlaCorrectora: una operación Esmonitorea importantecada entender la función de realenergía del circuito IOT y para simplificar el diagnóstico del problema. Básicamente, se asume que para operación normal, cuando el dispositivo de energía se supone debe estar encendido, el mismo aparecerá como un interruptor, o tendrá una caída de voltaje muy baja. Si, por otra parte se requiere que el dispositivo maneje más corriente que la que es capaz de procesar, la caída de voltaje a través del mismo aumentará en forma dramática. El circuito de IOT, por lo tanto, monitorea el voltaje a través de cada dispositivo de energía. Cuando ese voltaje excede un límite predeterminado (aproximadamente 8V) el circuito de IOT apaga el dispositivo en menos de 1 microsegundo y envía una señal de inhibición a todas las otras señales de puerta de dispositivos de energía así también como un comando de parada al microprocesador. Debido a esto, aproximadamente 1015 microsegundos luego de haber detectado un problema en un dispositivo de energía, el impulsor entero será detenido. NOTA: el circuito de IOT no le indica que ha habido una sobrecorriente (aunque esa será la razón más común para una IOT) o que el dispositivo está dañado. Simplemente le dice que ha habido demasiada caída de voltaje a través del dispositivo durante la operación. Eso podría ser ocasionado también por un empuje de puerta inadecuado. Si usted determina que tiene una IOT consistente en una ubicación, lo primero y más fácil a

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hacer es cambiar la Tarjeta de Señales de Inversor. Si esto no resuelve el problema, entonces verifique las conexiones de IGBT y puertas. Finalmente, si nada da resultado, reemplace el IGBT.

Falla/ Alarma Activa: Interrupción Instantánea por Sobrecorriente (IOT) de Inversor de Tarjeta de Conversor Remoto Despliegue Típico: Phase X Pos (Neg) IOT RZ Ejemplo: Φ A Neg IOT R1 (X designa fase A, B, o C: Z designa cuál Tarjeta de Conversor Remoto) Descripción: Cuando se configura a un impulsor para usar tarjetas de conversor remoto, éste avisará las fallas de IOT que ocurran en esas tarjetas de esta manera. El mensaje de error indica la fase (A, B o C), la polaridad (positiva o negativa) y en qué SCB ocurrió (R1, R2, R3, o R4) Acción Correctora: El primer paso es identificar en qué SCB ocurrió el error. Luego, usando los mismos pasos de diagnóstico de problemas explicados para la falla anterior, IOT de Inversor, determine qué componente o componentes están produciendo los problemas y reemplácelos o repárelos. Falla/ Alarma Activa: Falla de Cruce de Cero de PCM Despliegue Típico: PCM 0-xing Descripción: El 68332 ha detectado un problema con el tiempo de la señal cruzando cero. Acción Correctora: Este circuito monitorea el período del voltaje A-B al impulsor y captura el tiempo de cada cruce de cero de la onda. Durante la operación normal, el período de cada ciclo debería ser casi constante, y cada cruce de cero debería suceder aproximadamente un período más tarde que el anterior. Si usted tiene esta falla sólo una vez, o en forma no frecuente, podría ser una indicación de problemas en el sistema de energía. Si nada, una verificación de todas conexiones al impulsor y al transformador reductor no revela entonces puede serlas necesario un analizador de transitorios del sistema de energía para identificar el problema. Para un problema frecuente o continuo, lo primero a verificar son las conexiones de puerta de SCR. Este circuito se conecta al sistema de energía a través de las conexiones de cátodo de SCR. Luego pasa a través de la Tarjeta de Señales de Conversor y a la PCB de Control del Sistema. Una falla en cualquiera de estos elementos de hardware puede causar un error falso de cruce de cero.

Falla/ Alarma Activa: Falla de Cruce de Cero de Controlador del Sistema Despliegue Típico: 0-xing Descripción: El 68HC16 ha detectado un problema con la señal cruzando cero. Acción Correctora: Puesto que el 68HC16 necesita una señal de sincronización para referenciar las conversiones A/D, se usa el voltaje C-A como referencia. Esta señal sigue el mismo paso que la señal del 68332, por lo tanto las mismas partes del hardware son sospechosas de falla.

OTRAS FALLAS/ ALARMAS Hay algunos otros mensajes que pueden aparecer en la pantalla de estatus que no son fallas o alarmas como tales, (aunque aparecen en el área de Alarma Activa de la Pantalla de Estatus) sino que son indicaciones de algún estatus particular que podrían afectar la operación del impulsor.

Falla/ Alarma Activa: Parada Central Despliegue Típico: Cent Shtdn Descripción: Un computador remoto ha requerido un bloqueo de este impulsor. El impulsor no puede volver a arrancar hasta que el computador central haya liberado esta condición. Acción Correctora: Ninguna requerida. Falla/ Alarma Activa: Impulsor Man Kpad LkParado Manualmente Despliegue Típico:

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Descripción: El impulsor ha sido parado oprimiendo la tecla parar. Esto inhibe todos los arranques automáticos. El impulsor permanecerá parado hasta que reciba un comando de arranque desde el teclado, desde una entrada digital, o desde un computador remoto. Acción Correctora: Ninguna requerida. Falla/ Alarma Activa: HOA Externo en Detenido Despliegue Típico: Ext HOA in Off Descripción: Esto indica que se le ha indicado al impulsor (en el menú SCADA, Seguridad y Sistema) que hay un interruptor HOA externo conectado, y que el impulsor ha detectado que el interruptor está en la posición “Detenido” o “Parar”. Acción Correctora: Ninguna requerida. Falla/ Alarma Activa: Primer Arranque Despliegue Típico: First Start Descripción: Esto es simplemente una indicación de que el software de Control del Sistema ha sido actualizado desde el último arranque. Acción Correctora: Aunque no se requiere ninguna acción, éste es un recordatorio para verificar todos los parámetros de configuración para asegurar que no han cambiado durante la reprogramación. Falla/ Alarma Activa: Bloqueo Despliegue Típico: Lockout Descripción: Esto indica que alguna alarma ha sido programada para ocasionar una parada permanente automática. si ocurre la condición de alarma. El impulsor no volverá a arrancar en forma Acción Correctora: Para arrancar el impulsor será necesario eliminar la condición que haya causado la alarma, luego oprima el botón “Parar” (“Stop”). Esto eliminará el bloqueo y permitirá volver a arrancar. Puesto que esto ocasionará un Bloqueo Manual de Teclado, el impulsor no arrancará automáticamente aún si los arranques automáticos están habilitados. El primer arranque deberá ser hecho manualmente.

Falla/ Alarma Activa: Máximo de Arranques Despliegue Típico: Max Starts Descripción: Cuando se habilitan los arranques automáticos, el parámetro “Máximo de  Arranques Permitidos” determina el número de veces que se permitirá que el impulsor arranque luego de una falla. Cuando se alcance este número de arranques, el impulsor se detendrá con una condición de bloqueo “Máximo de Arranques”. Acción Correctora: Sólo se necesita oprimir el botón “Parar” (“Stop”) para inicializar el contador de arranques y comenzar de nuevo. con“Arrancar” cualqui er (“Start”), cualquier bloqueo, una seráentrada necesario realizar el primer arranqueelenproceso forma manual conComo el botón digital, o un computador remoto.

Falla/ Alarma Activa: Error de Sincronización de Estado de Motor Despliegue Típico: Motor State Sync Descripción: El Controlador del Sistema ha determinado que el estado del Módulo Conversor de Energía (PCM) es distinto que lo que se ha comandado (es decir operando luego de un comando de parada). Acción Correctora: Típicamente no se requiere ninguna. Ésta debería ser sólo una condición transitoria mientras el Controlador del Sistema y el PCM se comunican uno con el otro. Si la condición persiste, apague y encienda el impulsor para restaurar el software. Falla/ Alarma Activa: Voltios de Bus de Módulo Conversor de Energía (PCM) Despliegue Típico: PCM Bus Vlts Esto indica queCiertas hay voltaje ene-parada el bus depueden CC. Durante una parada normal, Descripción: el voltaje del bus cae a cero. fallaspresente y el modo dejar en forma temporaria

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voltaje en el bus. En los modos de 6 pasos e inversor Híbrido, el voltaje en el bus inhibirá el arranque. Por lo tanto, esta indicación de estado informa al operador cuándo no se puede arrancar. Acción Correctora: Normalmente sólo es necesario esperar uno o dos minutos para que el voltaje del bus descargue hasta cero. Sin embargo, algunos tipos de protección catódica y ciertas fallas de conexión a tierra pueden inducir suficiente voltaje en el bus de CC como para inhibir los arranques. Si este estado persiste, desconecte primero las terminales de salida para ver si el problema desaparece. Si es así, verifique la carga y el cableado asociado. Si no es así, desconecte la energía del impulsor y verifique el circuito alimentación pérdida a tierra. Los restos de desperdicios o agua en el de impulsor puedenpara creardetectar un pasocualquier de alta resistencia a tierra que puede ocasionar este síntoma. Además, esto puede ser ocasionado también por problemas en el sistema de energía. Revise la energía de entrada para verificar voltajes correctos y balanceados.

Falla/ Alarma Activa: Reloj de Tiempo Real No Válido Despliegue Típico: RTClock Invld Descripción: El reloj de tiempo real tiene un tiempo no válido. Acción Correctora: Usualmente se ve este estatus luego de volver a cargar el software puesto que todos los datos internos se graban sobre los valores originales. Lo único que se necesita es ir al menú SCADA, Seguridad y Sistema y restaurar el reloj.

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Formas de Ondas Típicas T

  >

T

T

T

  > 2> 2>

1) Ch 1: 2) Ch 2:

TP6 y TP7

2 V 2 ms 500 mV 2 ms

1) Ch 1: 2) Ch 2:

TP19 y TP20

TP9 y TP7

2 V 2 ms 2 V 2 ms

TP10 y TP20

T

T

  >

  >

T 2>

1) Ch 1: 2) Ch 2:

100 mV 1 0 ms 100 mV 1 0 ms

1) Ch 1:

TP1, 2, y 3 PWM/ HÍBRIDA

2 V 10 ms

TP11 ESP

T

T

  >

  >

T 2>

1) Ch 1:

100 mV 1 0 ms

2) Ch 2:

100 mV 1 0 ms

1) Ch 1:

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2 V 10 ms

 

Tp1, 2, y 3 ESP

TP11 HÍBRIDA

T

T

  >

  >

1) Ch 1:

1) Ch 1:

2 V 10 ms

TP11 PWM

SALIDA PWM

T

  >

1) Ch 1:

50 V 10 ms

T

  >

50 V 10 ms

1) Ch 1:

SALIDA HÍBRIDA

50 V 10 ms

SALIDA ESP

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IMPULSORES GCS EN PARALELO CONEXIÓN, CONFIGURACIÓN Y OPERACIÓN DE IMPULSORES MULTIGABINETES Estegabinetes documento describe la múltiples configuración y el de usoCircuito de impulsores que Generalidades: involucran múltiples y por lo tanto, Tarjetas ImpresoGCS (PCB) de Control de Sistema. Esta información no se aplica a impulsores arbitrarios conectados en paralelo, sino a los impulsores GCS de la serie 9000 diseñados para aplicaciones que requieren más de 1000KVA. Las capacidades específicas son:

Modelo No. 9311 9313 9315 9417 9420

Configuración 3 X 390KVA serie 4000 3 X 454KVA serie 4000 3 X 518KVA serie 4000 4 X 454KVA serie 4000 4 X 518KVA serie 4000

Capacidad KVA 1150 1350 1550 1750 2000

Capacidad Corriente (Máxima Sobrecarga) 1383 1624 1864 2105 2405

Puesto convertidores en cada independientes, se los puede conectar paraleloque paralosoperación estándar de 6 gabinete pulsos o son se los puede configurar para producir una en operación de 12, 18 o 24 pulsos cuando se los suministre con la energía de entrada de fase apropiadamente desplazada. Aún cuando se ha asignado número de modelo a estos impulsores, éstos no son productos estándar y configurables sino especiales. Si usted tiene una aplicación que requiere una de estas capacidades comuníquese con Ingeniería de Controles (Controls ( Controls   Engineering ) para más detalles. La configuración básica de un impulsor de la serie 9000 consiste de los siguientes pasos: 1. Conecte la energía apropiada a todas las entradas. entradas. 2. Interconecte el bus de CC positivo en todos los gabinetes. Interconecte Interconecte el bus de CC negativo en todos los gabinetes. 3. Conecte las salidas a la carga a través de los inductores apropiados. Si el impulsor va a ser operado en modo Modulación de Ancho de Pulso (PWM), entonces cada gabinete tendrá un filtro PWM separado. Si el impulsor va a ser operado en modo ESP entonces se necesitará conectar las salidas a inductores compartidos o a primarios separados en el transformador elevador. 4. Usando los aisladores RS485 suministrados, interconecte el conector de Tarjeta de Conversor Remoto (RCB) de todas las Tarjetas de Control de Sistema de acuerdo al diagrama. 5. Instale las Tarjetas de Expansión de Señal de Inversor en lugar de las Tarjetas de Señal de Inversor (ISB) estándar. 6. Configure los dispositivos de salto ( jumpers)  jumpers) de los ISEB de manera apropiada para operación Maestra o Remota. 7. Instale los cables de fibra óptica. 8. Instale el Módulo de Personalidad apropiadamente configurado en el gabinete del impulsor Maestro. 9. Conecte temporalmente un despliegue a cada SCB y configure las comunicaciones de la RCB. Cuando esto esté hecho, desconecte el despliegue de las SCB remotas. 10. Suministre energía y realice la configuración final en el impulsor Maestro. El Diagrama número 902295 muestra los detalles de conexión.

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Conexión/ Hardware Nuevo: La operación básica de un impulsor GCS paralelo consiste de un SCB Maestro que se comunica con uno a tres SCB Remotos a través del bus de comunicaciones seriadas del RCB (Tarjeta de Conversor Remoto). Este enlace suministra datos suficientes para Arrancar y Parar y compartir corriente entre todos los conversores. Debido al ruido eléctrico local de cada una de las conexiones a tierra del gabinete, es necesario aislar eléctricamente las señales de RCB y las conexiones a tierra entre los gabinetes. Esto se logra con el aislador/ repetidores RS485 montados en el gabinete Maestro. Cada SCB remoto retiene el Módulo de Personalidad original y monitorea sus corrientes y hardware propios y locales y reporta fallas o problemas al SCB Maestro. Las señales de inversor del inversor Maestro están acopladas ópticamente a cada uno de los Remotos a través de la nueva Tarjeta de Expansión de Señales de Inversor (ISEB). Esto asegura que todos los dispositivos de salida se conecten al mismo tiempo. Esta tarjeta es esencialmente una Tarjeta de Señales de Inversor estándar con acopladores de fibra óptica agregados para transmitir y recibir múltiples señales de puertas e Interrupciones por Sobrecarga Instantánea (IOT). Tiene un salto de dos conectores que lo configura para operar en el gabinete Maestro o el Remoto. Debido a pequeñas diferencias de tiempo remanentes en los circuitos ópticos, es necesario colocar alguna impedancia entre las terminales de salida de cada gabinete y la carga común. Esto se puede suministrar por filtros PWM individuales para cada gabinete (si se va a operar el impulsor en modo PWM), bobinados primarios separados en los transformadores elevadores de cada gabinete estasiesesta unaesaplicación sumergible) o compartiendo inductores en las conexiones de (si salida una aplicación de superficie. Finalmente, para asegurar que se comparta la corriente de régimen estable en las secciones individuales de inversor y conversor, es necesario interconectar los buses de CC de todos los gabinetes.

Cambios al Sistema Operativo: Los cambios más significativos al sistema operativo son el menú de configuración de RCB, y un número de ítems nuevos que aparecerán en la ventana de  Alarmas Activas, la Historia de Eventos, y la Historia de Paradas. En el menú de configuración de RCB, los SCB individuales se designan como Maestro o Remoto y se les asigna una dirección de RCB unívoca. Se despliegan también en esta pantalla las corrientes de salida de cada SCB individual. Las fallas se manejan aún de la misma manera. La diferencia más importante es que el anuncio de fallas incluirá ahora un sufijo que indica generógenerada la falla. Por Interrupción de Sobrecarga Instantánea dedónde fase Ase negativa enejemplo, el primeruna Remoto (Dirección de RCB 2) aparecerá como: Φ A

Neg IOT R1

para indicar que se originó en el Remoto número 1. Una falla que se origine en el SCB Maestro aparecerá como de costumbre sin sufijo. Se ha agregado una nueva falla para indicar problemas de comunicaciones entre los distintos SCB. Esta falla es una Falla de Comunicaciones de RCB (RCB Com fault) y tendrá también un sufijo para indicar la fuente. En general, esta falla indica que el enlace de comunicaciones entre el Maestro y uno o más Remotos se ha interrumpido. Es importante notar que cada impulsor local está aún restringido por los límites normales operativos para su medida particular. Por lo tanto cada impulsor aún monitorea su propia corriente (y la compara a sus capacidades máximas) y puede generar una sobrecarga si las condiciones lo requieren. Si, por ejemplo, el Remoto 1 detecta de tecta una condición de sobrecarga pero la corriente combinada de todos los gabinetes no es la suficiente como para generar una

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sobrecarga en el Maestro, entonces el Remoto generará una parada por sobrecarga que se desplegará como “Sobrecarga R1” (“Overload R1”).

Operación: Cuando se suministra energía al sistema por primera vez será necesario ir al menú de Configuración de RCB (“SCADA, Seguridad y Sistema”\”Sistema”\”Configuración de RCB”) y definir el Tipo de RCB en un SCB como “maestro” (“mstr”) y en todos los demás como “remoto” (“rmt”). Además, se debería definir la Dirección RCB del Maestro como 1 y todos los Remotos deberían definirse como direcciones unívocas consecutivas. Para hacer esto en los gabinetes Remotos, será necesario conectar temporalmente un despliegue al conector CITIBus del SCB. Una vez que hayan sido configurados, se deberán desconectar los despliegues de las unidades Remotas y se deberá ciclar la energía para volver a inicializar el software.

Luego de haber restaurado la alimentación, una de las primeras indicaciones visuales de una operación apropiada es que el diodo (LED) de Actividad 32 de todos los SCB comenzará a titilar, luego dejará de titilar durante 5 a 10 segundos antes de reanudar su actividad normal. Ésta es una indicación de que el SCB Maestro está buscando (y ha identificado) a los Remotos. Como confirmación adicional de esto, hay un nuevo agregado a la pantalla de Estatus. En el espacio horizontal justo bajo el estatus de Rotación y Modo, habrá una marca, “una barrita” vertical y corta para cada Remoto detectado. Estas marcas son indicaciones de comunicaciones válidas con los SCB Remotos.

En este momento, el impulsor puede serde configurado como una instalacióncorrectamente normal. Sin e embargo, usted notará que si el Módulo Personalidad haen sido configurado

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instalado, los máximos para muchos de los valores relativos con la corriente (Límite de Funcionamiento, Sobrecarga, etc.) deberían aumentar para acomodarse a la medida del impulsor combinado. Además, la corriente desplegada en la pantalla de estatus será la corriente combinada de todos los gabinetes. Como herramienta de diagnóstico, se despliegan las corrientes de los gabinetes individuales en el menú de Configuración de RCB.

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Aplicaciones de Bombas Eléctricas Sumergibles INTRODUCCIÓN Esta guía brinda información específica relativa a la aplicación del controlador Electrospeed GCS para el control de sistemas de bombeo eléctricosinformación sumergibles (ESP). también para guiarSe al brinda usuario a través de la configuración de varios modos de control de operación y diagnóstico de problemas. Sin embargo, las aplicaciones inusuales pueden requerir un conocimiento más profundo del Electrospeed GCS que el que puede suministrarse en esta guía. En dichos casos, Centrilift ofrece cursos de adiestramiento en salón de clases que cubren en forma exhaustiva la operación, el mantenimiento y el diagnóstico de problemas del Controlador de Velocidad Variable (VSC) Electrospeed GCS. Siempre que sea posible, el usuario debería aprovechar el programa Autograph de Dimensionamiento de Bombas ( Autograph   Autograph  Pump Sizing ) de Centrilift para calcular y/o verificar la correcta selección del sistema ESP y configuración de parámetros.

FUNDAMENTOS DE ESP El sistema de bombeo eléctrico sumergible (ESP) se considera un medio efectivo y económico para levantar grandes volúmenes de fluidos desde grandes profundidades bajo distintas condiciones de pozo. Sin embargo, la salida de la bomba eléctrica sumergible es inherentemente inflexible cuando se la opera a una velocidad fija. En esta situación, la unidad está limitada a un rango fijo de tasas de producción y a una salida fija de altura por etapa de bomba. Para minimizar las restricciones de un sistema de velocidad fija, se puede usar con éxito un controlador de frecuencia variable (VSC) para impulsar el motor de la bomba. La operación básica del VSC es convertir la CA trifásica de entrada, típicamente de 480 voltios, a un suministro único de energía de CC. Entonces, usando semiconductores de energía, el controlador invierte secuencialmente este suministro de CC para regenerar tres fases de salida de CA de energía en ondas pseudo sinusoidales en voltajes y frecuencias controlables. Puesto que el motor ESP es un motor de inducción sincrónico, al variar la frecuencia de la energía aplicada al motor cambia la velocidad rotacional del mismo (y la de la bomba directamente

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acoplada). Al variar la velocidad de la bomba, se pueden ajustar el caudal, la altura de succión de la bomba o ambos sin modificar la unidad en el fondo de pozo.

VENTAJAS DEL CONTROLADOR DE VELOCIDAD VARIABLE (VSC) La razón principal para aplicar un VSC a una instalación de ESP es usualmente flexibilidad de bombeo, pero se obtienen también varias ventajas adicionales. De gran interés son aquéllas que ayudan a extender la vida útil del equipo en fondo de pozo; arranque suave, control de velocidad automático, supresión de transitorios de línea y eliminación de válvulas de estrangulación en la superficie. En el rango operativo común de frecuencias entre 30 y 90 Hertz, es conveniente considerar la velocidad de la bomba como directamente proporcional a la frecuencia de suministro de energía puesto que los errores introducidos son pequeños comparados con otras inexactitudes y efectos del sistema. Dado este principio, uno puede asumir que la velocidad de la bomba y por lo tanto las características de su salida hidráulica pueden ser controladas simplemente variando la frecuencia del suministro de energía. Esta flexibilidad no dañará la bomba ni el motor siempre que se respeten apropiadamente los límites de voltaje y de carga del motor. Además de la flexibilidad hidráulica provista, el VSC aísla también la carga de los transitorios de activación de suministro de energía y de descargas eléctricas, balancea el voltaje de salida para reducir el calentamiento del motor; compensa por caídas de voltaje; compensa la inestabilidad de frecuencia de suministros de energía por generador y minimiza las tensiones de arranque de motor. Además, dependiendo de la aplicación, el VSC puede mejorar la eficiencia global del sistema, reducir las dimensiones requeridas del generador y de la unidad en fondo de pozo, obviar la necesidad de una válvula de estrangulación y proveer funciones de control inteligentes y programables para maximizar la producción y minimizar la tensión de los equipos. Puesto que no se pueden obtener todos estos beneficios simultáneamente, el usuario o diseñador deben seleccionar la combinación relevante para cada aplicación.

EFECTOS DEL VSC SOBRE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS El rendimiento de una bomba centrífuga se caracteriza por una curva para una altura de succión versus el gráfico de tasa de producción a una velocidad operativa especificada. Si la velocidad cambia, se genera una nueva curva de rendimiento, más grande si la velocidad aumenta, más pequeña si la velocidad disminuye. Para cualquier bomba específica, se pueden generar las curvas de rendimiento de 50 Hz y 60 Hz y luego se pueden diagramar ambas en el mismo gráfico para ilustrar las características para las dos frecuencias. Cuando se cambia la velocidad rotacional de una bomba centrífuga, las características de rendimiento de la carga también cambian. Afortunadamente, estos cambios de rendimiento son predecibles y están gobernados por las Leyes de Afinidad de Bomba Centrífuga. Estas leyes fueron deducidas a partir del análisis de dimensiones de las máquinas rotativas y muestran que para condiciones dinámicamente similares o relativamente comunes, algunos parámetros sin dimensión permanecen constantes. Estas leyes, que se han demostrado correctas en la experiencia, estipulan que cuando se cambia la velocidad, la capacidad es directamente proporcional a la nueva velocidad, la altura es proporcional al cuadrado de la velocidad y la potencia (caballos de fuerza) es New Hertz 60 Hertz Rate New Rate = proporcional al cubo de la velocidad. * 60 Hertz Usando estas leyes, se pueden graficar curvas que predicen el rendimiento de la bomba a cualquier velocidad. Recuerde que 2 New Hertz estas Leyes de Afinidad no predicen la 60 Hertz Head New Head = * 60 Hertz respuesta de rendimiento real de la bomba a los cambios de velocidad en un pozo real, sino que simplemente relacionan puntos 3 New Hertz comunes en gráficos de curvas de New Brake = 60 Hertz BHP

*

Horsepower 

60 Hertz

rendimiento de lo bomba velocidades diferentes. Por tanto,para las características

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de tanto la bomba como del pozo deben ser consideradas en conjunto para analizar o predecir el rendimiento global del sistema. Puesto que la curva de altura de succión versus tasa de una bomba se modifica cambiando la velocidad, cualquier punto de la curva de velocidad estándar se puede usar para calcular puntos equivalentes en la nueva curva de velocidad que tenga condiciones hidráulicas, régimen de caudal, balance de empuje y eficiencia de bombeo, casi idénticas. Se puede usar esta técnica para desarrollar una curva de rendimiento para cualquier frecuencia dentro de límites útiles y se basa en las ecuaciones de conversión derivadas que se muestran a la izquierda. Usando estas ecuaciones, se puede desarrollar un conjunto de gráficos para rangos de velocidad de 30 a 90 Hertz, produciendo una familia de curvas como se ve en la ilustración más abajo. La parte sombreada del gráfico de rendimiento para cada bomba indica una tasa de producción que está dentro de límites de carga aceptables. Asegure que el sistema ESP esté produciendo fluido a una tasa que caiga dentro de esos límites para maximizar la vida útil de la bomba.

EFECTOS DEL VSC SOBRE EL MOTOR Un motor de una medida de marco particular operando a una frecuencia fija tiene un momento de torsión (torque (torque)) de salida específico máximo, si se suministra el voltaje requerido a sus terminales. Se puede lograr este mismo momento de torsión a otras velocidades variando el voltaje en proporción a la frecuencia. De esta manera, la corriente de magnetización y la Starting Torque Vs Frequency & densidad de flujo permanecerán Current   constante, y de esa manera también 240  permanecerá constante el momento de torsión disponible, a Ft*lbs  190  450A T revoluciones de deslizamiento 300A T 140  nominales. En consecuencia, la capacidad de salida de potencia 90  será directamente proporcional a la 0  20000  40000  60000 80000 2  velocidad puesto que la capacidad I  /F  de potencia se obtiene multiplicando la capacidad de momento de torsión por la velocidad. importante darse de cuenta queEs cambiar la capacidad los motores de esta manera aumenta la potencia disponible para ajustarse a cualquier medida de gabinete.

MOMENTO DE TORSIÓN DE ARRANQUE Uno de los beneficios de aplicar un VSC a una ESP es la capacidad de “arranque suave” del motor a una frecuencia menor. Como se muestra en el gráfico a la izquierda, con un valor val or constante para la corriente, el momento de torsión del motor aumenta en forma lineal con la frecuencia hasta que el transformador de salida se satura. Luego de ese punto cualquier corriente adicional sólo circula en el primario del transformador y no produce momento de torsión en el motor. En una aplicación ESP, la impedancia adicional del transformador de salida y del cable se hace significativa cuando se la compara con la impedancia del rotor bloqueado. Por lo tanto, asegúrese de que el impulsor está configurado para suministrar corriente suficiente y por ende momento de torsión suficiente para arrancar el motor.

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CAÍDA DE VOLTAJE EN CABLE Como se muestra en el gráfico en la sección apéndice de esta guía, a medida que crece la corriente del motor, también aumenta la cantidad de caída de voltaje debido a pérdidas en los cables. Puesto que todos los motores de inducción exhiben un punto de eficiencia óptima al voltaje de terminal especificado en la placa, es importante, cuando se configura un sistema de VSD, compensar en forma adecuada por estas pérdidas. Use el gráfico para calcular calcul ar la cantidad de caída de voltaje presente en el sistema y luego ajuste el selector de proporción ( taps taps)) del transformador de salida y los voltios por hertz del VSD para producir el voltaje de placa en las terminales del motor a la frecuencia operativa requerida.

AUMENTO DE VOLTAJE DE SINCRONIZACIÓN EN ARRANQUE En algunas situaciones, tales como motores con arranques duros, puede ser necesario suministrar un voltaje a la frecuencia de arranque más alto que lo que está determinado por el valor de voltios por hertz. Este aumento de voltaje se usa para enviar más corriente al motor y por lo tanto aumentar el momento de torsión de arranque disponible. El impulsor Electrospeed GCS provee un parámetro AUMENTO DE VOLTAJE DE SINCRONIZACIÓN (VBOOST SYNC) que controla la cantidad de voltaje adicional producido durante el período de DEMORA DE SINCRONIZACIÓN (SYNC DELAY). Tenga cuidado cuando suma el AUMENTO DE VOLTAJE para no ocasionar una saturación del transformador de salida, puesto que esa condición produce corriente adicional en el primario del transformador y no en el motor. En general, el usuario debería intentar primero arrancar el motor sin ningún AUMENTO DE VOLTAJE.

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CORRESPONDENCIA DE MEDIDAS DE MOTOR, BOMBA Y VSC Durante los cálculos normales de dimensionamiento de equipos, se selecciona una bomba para generar una cierta salida hidráulica a una velocidad particular. Se selecciona luego un marco de motor cuya capacidad equipare los requerimientos de la bomba cuando opera a la velocidad seleccionada. Por encima de esa velocidad, el motor estará sobrecargado e inversamente, tendrá baja carga cuando esté operando por Horsepower  debajo de esa velocidad debido a la relación cúbica entre caballos de fuerza y frecuencia. 200 Esto se refleja en la corriente consumida por el motor puesto que el amperaje de placa 150 Motor HP Capability sólo se puede consumir a la velocidad Match Point @ Maximum Speed especificada. 100 El gráfico de la izquierda ilustra la Pump BHP característica lineal de la potencia del motor 50 intersecando la característica cúbica de la potencia de la bomba a la frecuencia máxima 30 60 90 designada. Frequency

Motor HP vs Pump BHP

 Al calcular la capacidad requerida y seleccionar un VSC, los requerimientos de KVA de superficie se calculan de la manera normal, incluyendo la pérdida resistiva del cable de energía, pero el cálculo se realiza a la frecuencia operativa máxima. Puesto que esta frecuencia máxima representa el requerimiento pico de potencia del sistema, se debería seleccionar un modelo de VSC cuya capacidad de KVA iguale o exceda este valor pico. Los principios explicados anteriormente ilustran las consideraciones teóricas, pero en la práctica, se deben considerar además varios detalles adicionales cuando se diseña o se aplica un sistema de VSC completo.

LÍMITE DE POTENCIA DEL EJE DE LA BOMBA Puesto que la capacidad de caballos de fuerza del eje es proporcional a la velocidad y puesto que los caballos de fuerza requeridos por la bomba es una función cúbica de la velocidad; para cualquier bomba habrá una velocidad por encima de la cual se excederá la capacidad del eje. Los fabricantes normalmente especifican el límite del eje como una capacidad de caballos de fuerza a 60 Hertz. Se debería verificar entonces esta capacidad a la frecuencia operativa máxima para asegurar suficiente capacidad del eje de la bomba.

LÍMITE DEL CERRAMIENTO DE LA BOMBA La fuerza del cerramiento se estipula normalmente como la presión diferencial limitante o máxima para las roscas del cerramiento a la descarga de la bomba. Si se opera por encima de este límite, las roscas podrían reventar. Cuando se opera a altas frecuencias, la presión de cierre o sin flujo generada por la bomba podría exceder este límite. Por lo tanto, es prudente tomar precauciones para evitar esta situación y puesto que la detección normal de baja carga es demasiado lenta, se debería utilizar un interruptor de parada de sobrepresión de superficie adecuadamente dimensionado.

VIBRACIÓN Y DESGASTE La operación a velocidad más alta que la normal aumenta la vibración radial debido a desequilibrio en el ensamble rotativo. Éste no es normalmente un factor significativo en la determinación de la vida útil de la bomba como lo demuestra el hecho de que los fabricantes sólo siguen el primer paso de balancear dinámicamente los propulsores cuando construyen bombas de grandes diámetros. Sin embargo, si hay abrasivos presentes en el fluido bombeado, el desgaste de los equipos debido a amoladura y erosión por abrasivos a altas velocidades puede ser serio. En estas situaciones, se puede usar un VSC para operar la bomba a

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velocidades menores para reducir el desgaste. Esto significa usualmente que para mantener una tasa de caudal requerido se requerirán una bomba y un motor de mayores dimensiones.

Configuración Básica de VSC Esta sección guiará al usuario a través de los pasos requeridos para la configuración y arranque iniciales del sistema ESP. Si se está instalando y comisionando el VSC por primera vez, deberán completarse todos los pasos a continuación en orden. Si la unidad está siendo reconfigurada y el lector tiene experiencia en aplicaciones de VSC, sólo deben seguirse los pasos pertinentes.  Antes de realizar cualquier configuración, el usuario debería revisar la instalación del equipo y asegurar que se entiendan y respeten todas las pautas de seguridad. Para más información, lea la sección titulada SEGURIDAD E INSTALACIÓN en el manual del operador provisto con este controlador Electrospeed GCS. El primer paso en la configuración de un controlador Electrospeed GCS requiere calcular algunos datos importantes. La hoja de trabajo de arranque en la página próxima provee al usuario un modelo que puede ser usado para calcular y registrar esta información.

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HOJA DE TRABAJO PARA ARRANQUE

Customer :

Date:

Well Number:

Drive S/N:

1: Motor Voltage:

 Amps:

Cable Size:

Minimum:

2: Desired Operating Frequency

Length:

Maximum:

3: Maximum Volts Available Avail able (Input) 4: Secondary Secondary Voltage @ Maximum Hertz: = Motor Voltage

+

X Max. Hz.

=

Cable Drop

60 Hz. 5: Secondary Voltage Taps Selected: 6: Transformer Ratio: =

=

Secondary Voltage Taps Selected Transformer Primary

(480)

7: Secondary Voltage @ 60 Hertz:= (from line 4)

Secondary Voltage @ Max. Hertz

X 60

=

Maximum Hertz 8: Drive Volts @ 60 Hertz: = (from line 7)

=

Secondary Voltage @ 60 Hertz Transformer Ratio

9: Required KVA @ Max. Hertz: = Surface Voltage

X Motor Nameplate Amps

X 1.73

=

1000 10: Controller sizing: =

Motor Nameplate Amps X Transformer Ratio

=

(Select a drive driv e Model with a continuous continuous current rating => than this calculation) (Refer to Appendix A: Specification and Sizes) 11: V-Clamp: =

(from line 8)

Drive Volts @ 60 Hertz 60

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X Max Hz

=

 

REGISTRO DE INSTALACIÓN Y SERVICIO

Area ________________

District _______________ Startup____ Service____ Restart____ Report

Customer ___________________ County / Province ________________ State / Country Facility /Field ______________ Unit / Lease ______________ No____________ City VSC S/N: _______ ___________ ______ __ Mode Modell __________ _____________ ___ Amps ______ ________ __ KVA Soft Software ware Rev.: Rev.: SYSCON______  Motor Mfg__________ Volts __________ Amps_________ Hp________ Service DISPLAY______  Cable Size_________ Ft__________ Volts/Ft________ Temp Factor__________ Cable Pump Mfg__________ Model__________ Series__________ Stages________  Intake(Rotary, Rev-Flow, Std)   M iin n H zz_ _ __ __ __ __ __ __ B P PD D_ __ _ __ __ __ __ _ M ax ax H z_ z_ __ __ __ __ _ __ _ B PD PD __ __ __ __ __ __ _   C h ec k V a l v e_ _ _ _ _ _ _ _ _ J a p S ett i n g _ _ _F t B o tt o m Ho l e T em p _ _ _ _ ___ _   ___F. ___F. deg Xfrm S/N_____ S/N____________ ____________ _____ Voltage Voltage_______ _________ __ Ratio_______ Ratio__________ ___ Taps 1______ 2______Delta 2______Delta W YE

Drive Input Amps @ Hz_____ a)______ b)______  @ Hz_____ a)______ b)______  Drive Output Amps @ Hz_____ a)______ b)______ 

Drive Input Volts Unloaded a/b________ a/c________b/c_______  Drive Input Volts to Ground a________ b________ c________ 

@ Hz_____ a)______ b)______  Down Hole Motor Amps @ Hz_____ a)______ b)______  @ Hz_____ a)______ b)______ 

Drive Input Volts Loaded a/b________ a/c________b/c________  Drive Output Volts @ Hz_____ a/b______ a/c______  @ Hz_____ a/b______ a/c______ 

Motor & Cable Ohm s Phase to Ground a_________ b_________c__________  Motor & Cable Ohm s Phase to Phase a/b________ a/c________ b/c________ 

Surface Voltage Phase to Ground a)______ b)______ c)_____ 

 ___ ___Ov  ______ Ov erlo ad Am ps  ______  ___ ___Ov Ov erlo ad Tim e  ______  ___ ___II L im it  ______  ___ ___ I L im it Syn c  ______  ___ ___ Fau Faultlt Res Restar tar ts  ______  ___ ___ Rest art Dela y  ______  ___ ___ Fau lt Reset  ______  ___ ___ Set Speed (Hz) (Hz )  ______  ___ ___ Run Speed (Hz (Hz))  ______  ___ ___ Byp ass LST LSTrip rip Dela y  ______  ___ ___ UL Byp ass Dela y  ______  ___ ___ DI1 Byp ass Dela y  ______  ___ ___ DI2 Byp ass Dela y  ______  ___ ___ OL Byp ass Dela y  ______  ___ ___ W ait for Res Restar tar t D elay

Setup or Operating Parameters ___ ______ ___ Volts Vol ts @ 60H z ___ ______ ___ Syn c D elay ___ ___ ___Low Low Speed Clam Cla m p ______ ___ ___Sta Sta rt Freq uenc uencyy ___ ______ ___ Hi Speed Clam Cla m p_ ___ __ ___ ___VBo VBo ost ___ ______ ___ V B Boos oostt S ync ___ ______ ___ Acc Accel el T im e ___ ___ ___Reg. Reg. Ga in% ___ ______ ___ V C lam p ______ ___ ___ Dece Decell T im e ___ ___ ___Sli Slip p C om p% ___ ______ ___Und Und erlo ad Am ps ___ ______ ___ Con Contro tro l S etpo int  ___ ___Aux. ___ Aux. Restar Res tar t ______ ___ ___Jog Jog Freq uenc uencyy ___ ______ ___ PHD Zero Zer o ___ ___ PHD Spa Span n ___ ______ ___Und Und erlo ad Rest Restart artss ___ ___ ___Freq Freq uenc uencyy Avoid Avo id ___ ______ ___ UL Tri p D elay ___ ______ ___ Ou tpu t R ota tion tio n ___ ______ ___Mod Mod e ___ ______ ___ Con Contro tro l S ignal ign al ___ ___ ___Ana Analog log 1 o r 2 ___ ______ ___ LST rip Dela y ___ ______ ___ LST LSTrip rip Ena Enable ble ___ ___ ___LST LST rip Loc Lockou kou t ______ ___ ___ UL Dela y ______ ___ ___ UL Ena Enable ble ___ ___ ___UL UL Loc Lockou kou t ___ ______ ___ DI1 Dela y ______ ___ ___ DI1 Ena ble ___ ___ ___DI1 DI1 Lockou Loc kou t ___ ______ ___ DI2 Dela y ______ ___ ___ DI2 Ena ble ___ ___ ___DI2 DI2 Lockou Loc kou t ______ ___ ___ OL Dela Delayy ___ ______ ___ OL Ena ble ___ ___ OL Lockou Loc kou t

Comments / O bserva bservations tions  ___  ______ : ______ ___ ___ ______ ___ ___ ______ ______ ___ ___ ______ ___ ___ ______ ______ ___ ___ ______ ___ ___ ______ ______ ___ ___ ______ ___ ___ ______ ______  ___   ______  ___ ___ ___ ______ ___ ___ ______ ______ ___ ___ ______ ___ ___ ______ ______ ___ ___ ______ ___ ___ ______ ______ ___ ___ ______ ___ ___ ______ ______ ___ ___ ______ ___ ___ ______ ______ ___ ___ ______ ___ ___   ______  ___ ___ ___ ______ ___ ___ ______ ______ ___ ___ ______ ___ ___ ______ ______ ___ ___ ______ ___ ___ ______ ______ ___ ___ ______ ___ ___ ______ ______ ___ ___ ______ ___ ___ ______ ______ ___ ___ ______ ___ ___   ______  ___ ___ ___ ______ ___ ___ ______ ______ ___ ___ ______ ___ ___ ______ ______ ___ ___ ______ ___ ___ ______ ______ ___ ___ ______ ___ ___ ______ ______ ___ ___ ______ ___ ___ ______ ______ ___ ___ ______ ___ ___ 

Job Started:

Job Completed:

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CONFIGURACIÓN BÁSICA DE PARÁMETROS GCS SETUP 1 MORE

Set Frequency High Speed Clamp Low Speed Clamp Run ILimit Sync ILimit Voltage at 60 H VClamp VBoost VBoost Sync Sync Frequency Sync Delay

MORE

60.0 hz 120.0 hz 10.0 hz 100 amps 100 amps 230 Vlts lts 480 Vlts 0 Vlts 0 Vlts 10.0 hz 2 sec

El siguiente procedimiento definirá la mayoría de los parámetros requeridos para el arranque actual del controlador GCS en condiciones normales operativas para bombas sumergibles. Realizar los pasos de “FORMACIÓN de CAPACITORES” sólo si la unidad no ha sido operada durante 6 meses o más. Por favor asegúrese de que se respeten las precauciones de seguridad.

1. Encienda el Interruptor Principal de Energía de Entrada, luego oprima la tecla STOP en el teclado. 2. Defina la Frecuencia en 60 Hz. 3. Defina el Bloqueo de Alta Velocidad en los hertz requeridos para la aplicación. 4. Defina el Bloqueo de Baja Velocidad en los hertz requeridos para la aplicación. 5. Defina el Límite de Corriente de Operación en el amperaje de placa del motor por proporción de transformador por 105%. 6. Defina el Límite de Corriente de Sincronización en el amperaje de placa del motor por proporción de transformador por 125%. 7. Defina el Voltaje a 60Hz en el valor calculado en la hoja de trabajo de ARRANQUE. 8. Defina el Bloqueo de Voltaje en el valor del voltaje de entrada, pero no mayor a 480 voltios. 9. Defina el Aumento de Voltaje en cero. 10. Defina Aumento de Voltaje de Sincronización en cero. 11. Defina la Frecuencia de Sincronización en 10 Hz. 12. Defina la Demora de Sincronización en 2 GCS SETUP 2 segundos. MORE MORE 13. Defina el Tiempo de Aceleración en 10 Accel Time 10 sec segundos. 14. Defina el Tiempo de Desaceleración  en 10 10 sec Decel Time Inverter Mode 6-Step segundos. Inverter Rot FWD 15. Defina la Rotación del Inversor  en  en HACIA Converter Mode 6 PLS  ADELANTE o “FWD”. Regulator Gain 70 % 16. Defina la Ganancia del Regulador  en  en 70 %. Slip Comp 0 17. Defina la Compensación de Deslizamiento en Jog Freq 0 hz cero. Restart Delay 30 min 18. Defina las frecuencias de Frecuencias a Evitar Password 0 en cero. Scty Jmp Status yes 19. Defina el Modo de Control en Valor de Drive Mdl Num 1060 Frecuencia (FR SET). Torque Rating CT 20. Defina el Máximo de Arranques Permitidos en 5. 21. Defina la demora para Restaurar Contador de Arranques en 30 minutos. 22. Defina la Demora de Arranque en 30 minutos.

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23. Defina el valor de SOBRECARGA  en el amperaje de placa del motor por proporción de transformador por 120%. 24. Defina la DEMORA DE PARADA DE SOBRECARGA  en 5 segundos. 25. Defina el Valor de BAJA CARGA en CERO. 26. Defina la Demora DE PARADA DE BAJA CARGA en 30 segundos. 27. Verifique y/o cambie el RELOJ a la hora y fecha actuales.. 28. Si se requiere, realice los pasos en la sección siguiente para FORMAR LOS CAPACITORES o prosiga con la CONFIGURACIÓN SIN CARGA.

PARA EL ARRANQUE O DIAGNÓSTICO DE PROBLEMAS INICIAL SE RECOMIENDA, DONDE SEA PRÁCTICO, QUE SE DESCONECTE LA CARGA, Y QUE SE OPERE EL CONTROLADOR DE VELOCIDAD VARIABLE SIN CARGA PARA VERIFICAR UNA OPERACIÓN CORRECTA. 

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FORMACIÓN DE CAPACITORES STARTS MORE

Int Auto Rstrt Strts Cntr  Ttl Strts Max Alowd Strts Strts Cntr Rst Prog Rstrt Tm Rstrt Dly Tm Til Rstrt Wait Fr Rstrt T Rstrt On Ovld

MORE

no 0 0 5 30 0 30 00:00 no no

Realice estos pasos sólo si la unidad no ha estado operando durante 6 meses. 1. Realice los pasos anteriores para CONFIGURACIÓN BÁSICA de PARÁMETROS.

min min min min

Internal Automatic Restart Enable

2. del Desconecte VSC. la carga de las terminales de salida 3. Defina el Límite de Corriente de Operación en el valor máximo. 4. Defina el Limite de Corriente de Sincronización en el valor máximo. 5. Defina VOLTIOS A 60HZ en 230 voltios. 6. Defina el VALOR DE SOBRECARGA en la capacidad máxima del controlador. 7. Oprima el botón de ARRANQUE (START) y confirme que el controlador acelera hasta 60 Hz. 8. Verifique los voltios de salida, a 60 Hertz el impulsor debería tener 230 voltios de salida. 9. Aumente los VOLTIOS A 60 HZ. en incrementos de 50 voltios con pausas de cinco minutos entre cada aumento hasta alcanzar el voltaje de salida máximo. 10. Oprima PARAR (STOP) para detener el controlador.

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PRUEBAS SIN CARGA Si el controlador GCS no ha sido arrancado o usado en esta aplicación antes, deberían seguirse los pasos en la CONFIGURACIÓN BÁSICA de PARÁMETROS antes de intentar estos pasos de SIN CARGA o SALIDA EN CORTO.

Prueba Sin Carga 1. Defina el Voltaje a 60Hz de acuerdo a la hoja de trabajo de arranque. 2. Asegúrese de que el valor de SOBRECARGA  sea igual al amperaje de placa del motor por la proporción del transformador por 120%. 3. Asegúrese de que el Límite de Corriente de Operación sea igual al amperaje de placa del motor por la proporción del transformador por 105%. 4. Asegúrese de que el Límite de Corriente de Sincronización sea igual al amperaje de placa del motor por la proporción del transformador por 125%. 5. Apague el Interruptor Principal de Energía de Entrada y desconecte la carga de las terminales de salida del VSC. 6. Conecte un medidor de secuencia de fase a la salida del controlador al punto más cercano al cabezal de pozo para confirmar una rotación de fase apropiada. 7. Encienda el Interruptor Principal de Energía de Entrada. 8. Oprima el botón ARRANCAR (START) y confirme una secuencia de fase correcta, luego pare el controlador. 9. Apague el Interruptor Principal de Energía de Entrada y desconecte el medidor de secuencia de fase.

Prueba de Salida en Corto 1. Defina la Frecuencia de Sincronización en 15 Hz. 2. Asegúrese de que el valor de SOBRECARGA  sea igual al amperaje de placa del motor por la proporción del transformador por 120%. 3. Asegúrese de que el Límite de Corriente de Operación sea igual al amperaje de placa del motor por la proporción del transformador por 105%. 4. Asegúrese de que el Límite de Corriente de Sincronización  sea igual al amperaje de placa del motor por la proporción del transformador por 125%. 5. Apague el Interruptor Principal de Energía de Entrada y desconecte la carga de las terminales de salida del VSC. 6. Conecte cables de cortocircuito entre las tres terminales de salida. 7. Oprima el botón ARRANCAR (START) para arrancar el impulsor. 8. Asegure que la pantalla ESTATUS despliegue las tres corrientes de salida y que las mismas sean de la magnitud correcta para la medida y modelo del impulsor. 9. Oprima PARAR (STOP) y permita que el impulsor desacelere y se detenga. 10. Desconecte los cables de cortocircuito y vuelva a conectar la carga a las terminales de salida. .ARRANQUE DEL MOTOR 

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Los pasos a continuación harán que el Electrospeed GCS arranque el motor/ bomba conectado a sus terminales de salida. Luego de estos pasos hay una sección denominada Diagnóstico de Problemas que debería ser leída y usada para identificar y corregir cualquier problema que pueda aparecer en el momento de arranque. RUN 60.0 Hz Rot : FWD

Mode : 1

Current : IA (Amps) 51 Volts Out:

480

Analog Input #1 Analog Input #2 Lst Shtdn 1998 Feb 15 23:17:12 Underload

IB 52

IC 49 11:47 1634 PSI 947 BPD

Active Alarms

1. Conecte la carga a las terminales de salida del VSC. 2. Desde el MENÚ PRINCIPAL, seleccione y despliegue la pantalla de ESTATUS. 3. Oprima el botón ARRANCAR (START) y confirme que la frecuencia de salida acelere hasta la velocidad definida o 60 Hz. 4. Confirme el voltaje de salida correcto Voltaje a 60Hz del controlador en la pantalla de ESTATUS. 5. Establezca la FRECUENCIA en la frecuencia máxima deseada de acuerdo a la hoja de trabajo de arranque. 6. Mida y calibre el amperaje amperaje y voltaje de salida del controlador de acuerdo a lo que se despliega en la pantalla de ESTATUS usando medidores de Valor Eficaz. Registre el amperaje y voltaje de entrada, salida y en fondo de pozo en la hoja de arranque. 7. Establezca la FRECUENCIA  en la velocidad mínima de acuerdo a la hoja de arranque. 8. Defina el valor de BAJA CARGA en 10% menos que la fase de corriente de salida más baja mientras opera a frecuencia mínima. Registre en la hoja de arranque. 9. Establezca la FRECUENCIA en la velocidad de operación deseada.

NOTA: LOS PARÁMETROS PARÁMETROS DE SOBRECARGA SOBRECARGA Y BAJA BAJA CARGA pueden requerir ser restaurados después de que el pozo se haya estabilizado.

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Diagnóstico de Problemas de Arranque de Motor Después de haber establecido todos los parámetros necesarios, oprima el botón de ARRANCAR . El controlador acelerará rápidamente a la FRECUENCIA DE ARRANQUE. El controlador permanecerá en la FRECUENCIA DE ARRANQUE durante el período de tiempo DEMORA DE SINCRONIZACIÓN. Luego de la DEMORA DE SINCRONIZACIÓN, el controlador acelerará el motor a la tasa establecida por el TIEMPO DE ACELERACIÓN si el controlador puede suministrar corriente suficiente. Si el controlador no puede suministrar corriente suficiente, el motor acelerará a una tasa menor determinada por la inercia de carga y la corriente disponible. Si el controlador no puede arrancar el motor, NOTA: El controlador Electrospeed verifique la corriente de carga durante un intento de no arrancará si hay voltaje presente arranque. Si es igual al LÍMITE DE CORRIENTE DE en el bus de CC. Habrá una demora SINCRONIZACIÓN, aumente el LÍMITE DE de 30 a 60 segundos entre CORRIENTE DE SINCRONIZACIÓN e intente otra arranques para permitir que el bus vez. Continúe el proceso de aumentar el LÍMITE DE se descargue.  CORRIENTE DE SINCRONIZACIÓN y de volver a intentar hasta que el motor arranque, o hasta que la corriente de carga no esté limitada por el LÍMITE DE CORRIENTE DE SINCRONIZACIÓN. Si el motor aún no arranca, aumente el AUMENTO DE VOLTAJE DE SINCRONIZACIÓN SINCRONIZACIÓN en incrementos de 5 voltios hasta el 33% de voltaje de arranque. Si la corriente de salid se hace igual al LÍMITE DE CORRIENTE DE FUNCIONAMIENTO o al LÍMITE DE CORRIENTE DE SINCRONIZACIÓN, aumentos posteriores del AUMENTO DE VOLTAJE no serán efectivos. Si el motor aún no arranca, cambie el AUMENTO DE VOLTAJE DE SINCRONIZACIÓN SINCRONIZACIÓN a cero y aumente la FRECUENCIA  DE ARRANQUE. Tenga cuidado al aumentar el AUMENTO DE VOLTAJE DE SINCRONIZACIÓN . Si el voltaje de arranque es demasiado alto para la frecuencia de arranque, el motor o el transformador de salida, si se lo usa, se pueden saturar. Esto ocasiona que la corriente de excitación aumente en forma dramática. En esta situación, se puede llegar al LÍMITE DE  CORRIENTE DE SINCRONIZACIÓN, pero una gran parte de la corriente puede ser corriente de excitación por el transformador o motor. Por esta razón es mejor en general intentar inicialmente arrancar sin AUMENTO DE VOLTAJE DE SINCRONIZACIÓN, y luego aumentarlo sólo según sea necesario. El problema de saturación del transformador es particularmente evidente en aplicaciones de bombas sumergibles donde se usan transformadores elevadores de salida. Las aplicaciones sumergibles incluyen en forma típica largas secciones de cable entre el transformador elevador y el motor. La caída de voltaje en el cable es generalmente alta, y puede requerir un poco de AUMENTO DE VOLTAJE DE SINCRONIZACIÓN SINCRONIZACIÓN para arrancar el motor. Los transformadores de salida para sumergibles se diseñan en general para permitir sobrevoltajes intermitentes de alrededor del 33% sin aumentos significativos en las corrientes de excitación. exci tación. Aún con la capacidad de aumentar el voltaje de salida en un 33%, se pueden encontrar problemas de saturación de transformador. En algunos casos, aunque raramente, puede ser necesario aumentar la FRECUENCIA DE ARRANQUE para obtener la corriente máxima disponible sin saturar el transformador. Puesto que la proporción voltaje/ frecuencia permanecerá constante, desconsiderando el AUMENTO DE VOLTAJE DE SINCRONIZACIÓN SINCRONIZACIÓN, el voltaje de salida será mayor cuando sea mayor la FRECUENCIA DE ARRANQUE. La reactancia de la carga aumentará también, pero la resistencia de la carga permanecerá constante haciendo que el aumento en impedancia global de la carga sea menor que el aumento en el voltaje. Esto permitirá más corriente de arranque sin saturar el transformador. En algunas situaciones, las condiciones de pozo depositan materiales extraños en la bomba que pueden hacer que ésta se trabe. Si se sospecha esto, intente arrancar el motor con rotación en reversa primero para destrabarla, luego intente otro arranque en dirección normal.

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OPTIMIZACIÓN Luego de haber arrancado el ESP en forma exitosa, deberían verificarse varios parámetros operativos y, de ser necesario, deberían ser ajustados para asegurar una operación óptima del sistema.

FACTOR DE POTENCIA DE ENTRADA Para asegurar el mejor factor de potencia de entrada posible, haga un ajuste fino de los voltios por hertz del VSD y de la proporción del transformador para permitir que los SCR la sección del conversor operen con fase plena. Configure el VSD para producir el máximo de voltios por hertz a la frecuencia de operación deseada y seleccione la proporción correcta del transformador de salida para producir el voltaje requerido en las terminales del motor.

DISTORSIÓN ARMÓNICA DE LA LÍNEA DE ENERGÍA DE ENTRADA Cuando la medida de la carga del sistema ESP se convierte en un porcentaje importante de la capacidad del suministro de energía de alimentación, el VSD puede reflejar grandes cantidades de distorsión en el sistema de alimentación. Cuando esta situación se convierte en un problema, se puede configurar al Electrospeed GCS para que opere en modo de entrada de doce pulsos. Para esta configuración, el usuario debe agregar tres tarjetas de control de conversor adicionales en las ranuras provistas en el panel del circuito principal. Se conecta un transformador adicional de desfasaje de 30 o a la línea de energía de alimentación y su salida se conecta al impulsor. El módulo de personalidad del impulsor se debe cambiar también para informar al sistema GCS sobre el nuevo modo dedeoperación. El uso de este de configuración puedeoperativo resultar en reducciones significativas la distorsión armónica detipo entrada total. Comuníquese con el grupo de soporte técnico Tecnología de Control de Centrilift (Centrilift’s Control Technology ) para más información.

OPERACIÓN ESP VERSUS PWM El impulsor Electrospeed GCS puede operar tanto en modo PWM (ancho de pulso modulado) como en modo ESP (voltaje variable, onda pseudo sinusoidal de seis pasos). Aunque la operación PWM puede disminuir la distorsión armónica total reflejada de vuelta en el sistema de suministro de energía, el usuario debe conocer algunos efectos potencialmente dañinos debido a este modo. Puesto que el PWM en general conmuta el voltaje máximo del bus de salida al motor a una frecuencia portadora alta, el sistema ESP, completo con el transformador de salida y el largo cable de alimentación pueden exhibir significativas oscilaciones de voltaje con poca amortiguación. Esta oscilación del voltaje de salida puede producir picos de voltaje de hasta dos veces el voltaje normal de operación. Estos picos transitorios de alto voltaje pueden degradar seriamente el aislamiento cable como y conducir a una falladebería prematura de los equipos. Si se debe utilizartanto una del operación PWMdel en motor, un sistema ESP, el usuario considerar la instalación de un circuito filtro adecuadamente dimensionado y configurado en la salida del impulsor. Un filtro de las dimensiones correctas puede minimizar los dañinos transitorios de voltaje enviados al sistema ESP, pero a un costo de mayor consumo total de energía eléctrica y mayor generación de calor. También se puede configurar al Electrospeed GCS para operar en modo de voltaje variable PWM que puede ayudar a minimizar los transitorios de voltaje cuando se opera sin un filtro de salida. Siempre que sea posible, Centrilift recomienda que se opere el impulsor GCS en modo ESP (seis pasos) para minimizar daños a los equipos y aumentar la vida útil. Se puede usar el modo PWM en forma segura en aplicaciones de motor de superficie donde no hay transformador de salida y donde se usan conexiones cortas de alimentación del motor. Comuníquese con el grupo de soporte técnico Tecnología de Control de Centrilift (Centrilift’s (Centrilift’s Control Technology ) para más información.

CORRIENTE MÍNIMA DE MOTOR Mientras la bomba está operando a la frecuencia deseada, ajuste el parámetro Voltios/por/Hertz para producir el valor mínimo de corriente de carga. Haga esto aumentando o disminuyendo el parámetro Voltios/por/Hertz unos pocos voltios a la vez y verificando el valor de la corriente del

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motor. Si el cambio ocasiona que la corriente del motor disminuya, repita el cambio de valor hasta que la corriente del motor comience a aumentar. En este punto, cambie el valor de voltios por hertz de vuelta al valor anterior que producía la menor corriente de carga. El motor operará ahora en su estado más eficiente y por lo tanto más económico.

OPERACIÓN CON LÍMITE DE CORRIENTE DE FUNCIONAMIENTO EN POZOS CON GAS Cuando seLÍMITE opera en que producen cantidades significativas de gas asecompensar. puede usarEn el este parámetro DEpozos CORRIENTE DE FUNCIONAMIENTO para ayudar tipo de situación, establezca el LÍMITE DE FRECUENCIA en la velocidad de operación permitida más alta. Establezca el parámetro LÍMITE DE CORRIENTE DE FUNCIONAMIENTO para hacer que la frecuencia de salida esté limitada al valor deseado óptimo. Entonces, cuando haya gas presente en la bomba, la carga del motor disminuirá y la frecuencia de salida aumentará hasta que se alcance el valor de los parámetros LÍMITE DE CORRIENTE DE FUNCIONAMIENTO o LÍMITE DE FRECUENCIA. El pequeño aumento en la frecuencia comprimirá más al gas y ayudará a sacarlo de la bomba.

DEMORAS DE ARRANQUE Cuando el impulsor ha parado debido a una condición sin bloqueo, el sistema operativo GCS comienza a disminuir el reloj de demora de arranque. Si la alarma/ parada asociada está aún activa al final de la demora de arranque, el impulsor GCS esperará en la condición de parada hasta que la alarma se elimine. En este momento, si no hay más alarmas activas y el impulsor está configurado para arranques automáticos, el impulsor intentará arrancar el motor.

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ARRANQUE DE MOTOR ESP

Centrilift Una Compañía Baker Hughes

Presentado en: Taller de ESP 1996 SPE Sección Costa del Golfo 2 de Mayo, 1996

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INTRODUCCIÓN  A medida que continuamos empujando los límites de las bombas eléctricas sumergibles sumergibles (ESP) hacia capacidades de potencia cada vez más altas, y operando con cables de alimentación cada vez más largos, aumenta la necesidad de entender los requerimientos de arranque. En muchos casos el operador, la compañía de suministro eléctrico, y el fabricante de la ESP deben trabajar  juntos, para asegurar que se satisfagan todos los requerimientos de arranque para una operacióndel confiable de la ESP. Se escritocontinuamos varios trabajos sobre lassecaracterísticas de arranque motor sumergible, sinhan embargo viendo que repiten los mismos errores. Parece que cada pocos años necesitamos rever los fundamentos del arranque de la ESP. La longitud y la medida del cable tienen el impacto más dramático en las características del arranque del motor sumergible. Los motores sumergibles se operan con longitudes de cable que varían desde virtualmente cero hasta más de 20.000 pies. Las secciones de cable cortas dan como resultado mayor momento de torsión de arranque, y en casos extremos es posible una falla del eje. Las secciones de cable largas, por otra parte, pueden evitar que el motor desarrolle el momento de torsión suficiente para un arranque confiable. Se puede asegurar un arranque confiable de la ESP sin daños seleccionando adecuadamente el motor, el cable de alimentación y el método de arranque.

ARRANQUE DEL MOTOR La mayoría de los motores sumergibles se arrancan aplicando todo el voltaje disponible en la superficie. El arrancador que se usa se denomina arrancador de “voltaje pleno”, y el método de arranque es denominado “a través de la línea” o “directo en línea” (DOL en inglés). El término “voltaje pleno” es un poco contradictorio para las ESP puesto que la mayoría de los sistemas de ESP tienen una caída de voltaje significativa en el cable de alimentación, y, en efecto, proveen un arranque con voltaje reducido. El arranque DOL es de lejos el método más común usado para los motores de inducción incluyendo el motor sumergible. Es el más económico, y el más confiable, y por lo tanto, debería considerarse primero. Debería haber buenas razones para considerar otros métodos. Para entender si el arranque DOL es viable para una aplicación particular, se usa un modelo eléctrico por fase. Un modelo típico de este tipo se muestra en la figura “7”. El sistema de energía se modela como una fuente de voltaje ideal con una impedancia en serie. El transformador reductor, el cable de alimentación, y el motor en el pozo se modelan cada uno con una resistencia e inductancia en serie. Los objetivos asegurar queadecuadamente el momento de torsión arranque desarrollado por el motor es suficiente parason arrancar la ESP durantedela vida útil aceptable de la instalación por una parte, y asegurar que el momento de torsión de arranque desarrollado no dañará a la ESP por la otra. La corriente de arranque del motor puede ser usada como un indicador del momento de torsión de arranque del motor. La relación entre corriente y momento de torsión se establece por prueba, y cada tipo de máquina tendrá sus características propias, tornando a las generalizaciones peligrosas. La corriente de arranque del motor puede calcularse usando el modelo por fase que se muestra en la figura "7". La reactancia del rotor bloqueado de motor (Xm) es una función del voltaje de terminal de motor disponible bajo condiciones de rotor bloqueado. Desafortunadamente, se necesita Xm para calcular el voltaje de terminal del motor desde el modelo. Se puede usar un método iterativo para determinar el voltaje de terminal del motor. Para lograr esto, se asume un voltaje de terminal de motor. Se puede determinar entonces un valor para Xm a partir de datos de prueba de rotor bloqueado para ese motor particular. Se pueden calcular entonces la corriente de arranque y el voltaje de terminal de motor resultante. Si el voltaje de terminal de motor calculado concuerda con elasumido valor asumido, aumente o disminuya valor asumido repita el procesono hasta que el valor y el calculado converjan. Este el método puede y

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requerir mucho tiempo si se lo hace manualmente, pero se lo puede adaptar fácilmente a software de planilla de cálculo o a una calculadora programable. El Cálculo de la corriente de arranque del motor es una buena manera para entender los requerimientos de arranque de una instalación dada, pero el proceso requiere datos que frecuentemente no son fáciles de obtener. El uso de “reglas empíricas” puede resultar fácil, pero las similitudes con la instalación real pueden ser pura coincidencia. Algunos fabricantes publican datos indicando las longitudes máximas de cable recomendadas en base a la serie del motor, el voltaje del motory ysulaobjetivo medidaes delevitarle cable. problemas La figura “8”ales un ejemplo. Estos datos general conservadores usuario. Una indicación de son que en el sistema no arrancará debería ser usada como advertencia indicando que se necesita análisis adicional. La relación entre momento de torsión del eje y la velocidad para los motores de inducción se despliega tradicionalmente como un gráfico del momento de torsión (eje y) versus velocidad del motor (eje x) y se la denomina curva momento de torsión – velocidad. La curva superior de la figura “9” es una relación típica momento de torsión – velocidad de un motor. Los valores de momento de torsión, en todas las velocidades, son al 100% de voltaje de placa del motor. Esto puede tener sentido para un motor de superficie donde el voltaje de terminal permanecerá relativamente constante durante el arranque, sin embargo, con el motor sumergible y la longitud de cable asociada, el voltaje de terminal del motor caerá en forma significativa durante el arranque. La relación momento de torsión – velocidad de motor cambia continuamente con el voltaje, y un voltaje de terminal de motor menor generará un momento de torsión menor. La figura “9” muestra el efecto de voltaje reducido en la relación momento de torsión – velocidad. La figura “9”, sin embargo, no describe adecuadamente la relación global entre momento de torsión y velocidad para el motor sumergible y el cable. Cuando se aplica el voltaje por primera vez, la impedancia del motor tendrá su valor más bajo, y como resultado la corriente de arranque y la caída de voltaje en el cable estarán en su valor máximo. Cuando el motor comienza a girar, su impedancia aumentará, reduciendo tanto la corriente como la caída de voltaje del cable, aumentando el voltaje de terminal del motor. Cuando opera a máxima velocidad, el motor está con máxima impedancia y corriente más baja.  Asumiendo que hemos compensado correctamente por la caída de cable en operación a carga máxima, el motor debería estar operando al voltaje de placa. La figura “10” representa más exactamente la relación momento de torsión – velocidad con cable. La curva superior de la figura “10” es la curva de momento de torsión – velocidad a voltaje máximo. A medida que el voltaje cae debido al aumento de impedancia del sistema y del cable, el momento de torsión cae dramáticamente a bajas velocidades, pero se recupera debido al aumento de impedancia del motor y la caída asociada en la corriente a medida que el motor aumenta de velocidad. La carga del motor, una bomba centrífuga, tiene un requerimiento de momento de torsión que varía aproximadamente comocuando el cuadrado de laestá velocidad. UnaUna parte la carga de la bomba es fricción que estará al máximo la bomba detenida. vezdeque el motor comienza a mover a la bomba, esta parte de la carga caerá. La figura “10” tiene una curva representando el requerimiento de momento de torsión de la bomba. La curva es un poco exagerada, pero esto es para ilustrar cómo el momento de torsión disponible del motor puede caer por debajo de lo que requiere la bomba. Cuando esto suceda, el motor se “colgará”, a la izquierda del punto de “momento de torsión de despegue” como se indica en la figura “10”, y no acelerará hasta velocidad máxima. La bomba estará operando, pero a baja velocidad. La operación de esta manera es inestable, y puede dañar seriamente al equipo sumergible debido a oscilaciones de torsión. Una ESP que arrancó inicialmente puede eventualmente exhibir este problema debido a los requerimientos de momento de torsión de arranque creciente para la bomba. Cuando una ESP no arranca, se aumenta frecuentemente el tiempo de interrupción por sobrecarga para dar más tiempo a la ESP para arrancar. Cuanto más largo es el ciclo de arranque de la ESP, más grande es la chance de daño. No es raro romper una bomba, motor, o eje de cierre cuando se intenta hacer funcionar una unidad “difícil de arrancar”. arrancar”. Frecuentemente se piensa que esto es simplemente un caso de demasiado momento de torsión de arranque aplicado al eje, sin embargo, en muchos casos la falla del eje es el resultado de permitir que la

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ESP opere a la izquierda del punto de momento de torsión de despegue durante demasiado tiempo. Por esta razón, el tiempo de interrupción por sobrecarga debería mantenerse tan corto como sea posible, y típicamente no más de un segundo para corrientes de sobrecarga por encima del 200% del valor de placa.

ARRANQUE CON VOLTAJE REDUCIDO El arranque de voltaje reducido, denominado frecuentemente arranque suave, se refiere a cualquiera de los varios métodos empleados para reducir el voltaje aplicado al terminal del motor durante el arranque. Hace varios años, hubo un interés significativo en arranques con voltaje reducido como un medio para extender la vida útil de las ESP. La idea de que menos arranques implican tiempos de operación más largos es prácticamente aceptada en forma universal. El arranque con voltaje reducido se consideraba un medio para reducir el impacto del arranque, extendiendo los tiempos de operación de las ESP. De los varios problemas que se pueden asociar con el arranque, el único que se puede enfocar con un arranque con voltaje reducido es la falla del eje debido a excesivo momento de torsión de arranque. Ésta es la aplicación más común para el arranque de ESP con voltaje reducido, y es típicamente en instalaciones con secciones de cable cortas donde la bomba y/o eje de sello se operan cerca de su capacidad máxima. Una segunda razón para considerar el arranque con voltaje reducido es reducir el impacto sobre el sistema de alimentación del motor en de el momento de arranque. No es raro lasque compañías de suministro eléctrico requieran el uso arranque con voltaje reducido paraque evitar un cliente interfiera con otros. Las compañías de servicio eléctrico están generalmente más familiarizadas con motores de superficie, los cuales pueden requerir varios segundos para llegar a velocidad máxima, dependiendo de la carga. Las ESP, por otra parte, arrancan mucho más rápidamente, de 0,1 a 0,2 segundos. Los efectos de arrancar una ESP son por lo tanto mucho menores, y las pautas tradicionales para el requerimiento de arranque con voltaje reducido de parte de las compañías eléctricas no es totalmente aplicable. En muchos casos, la compañía de electricidad eliminará este requerimiento una vez que entienden la ESP y sus características de arranque. Si se usa un arrancador de voltaje reducido, es importante entender el arrancado, y el por qué de su uso, para asegurar que esté configurado adecuadamente. La reducción del voltaje de arranque puede tener efectos similares a los discutidos anteriormente en relación con la Figura “10”. Reducir el voltaje de superficie tiene el mismo efecto que aumentar la caída de voltaje en los terminales del motor. Si no se aplica y se configura adecuadamente, el arranque con voltaje reducido puede seriosala arranque la ESP. La idea de que, si un poco es bueno, mucho debe sercausar mejor, daños no se aplica con voltaje reducido. El momento deentonces torsión de arranque es proporcional al cuadrado del voltaje en terminal del motor. Una pequeña reducción en el voltaje tendrá un impacto mucho más significativo en el momento de torsión de arranque. Si el voltaje se reduce demasiado, el motor no arrancará. Para entender mejor los efectos de arrancadores de voltaje reducido, se discuten a continuación algunos de los distintos tipos usados con ESP.

Inductor en Serie Se coloca un inductor en serie en cada una de las tres fases para hacer caer el voltaje. La caída de voltaje será proporcional al flujo de corriente a través del inductor. Durante el arranque, la corriente a través del inductor será alta causando una caída de voltaje proporcionalmente alta. Una vez que el motor ha arrancado, la corriente caerá a la corriente de operación normal reduciendo caída de voltaje delloinductor. Elcircuito inductorelpuede en el debe circuito, o puede por ser salteado conlaun contactor. Si se deja en el voltajedejarse del sistema compensar la caída de voltaje durante la operación, y el inductor debe ser capaz de operar continuamente a

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la corriente de operación. Si se lo saltea, se exige al inductor que soporte corriente durante el corto ciclo de arranque, y por lo tanto puede ser físicamente mucho más pequeño y económico. Los inductores pueden ser suministrados con selectores de proporción para seleccionar la inductancia adecuada para la aplicación. La principal desventaja del arrancador con inductor es que la corriente de arranque debe ser conocida para determinar la caída de voltaje a través del inductor. Una variación del arrancador con inductor emplea un inductor de núcleo saturable que autorregula caída deventaja voltaje.de Una vezdisposición que el motor ha arrancado, salteapermanece el inductor con un contactor. Lalaprincipal esta es que la caída desevoltaje constante sin importar la corriente. Por lo tanto, no es necesario conocer la corriente de arranque para determinar la caída de voltaje.

Transformador de Alta Impedancia Se substituye el transformador reductor estándar por un transformador especial de alta impedancia. La mayor impedancia actuará de manera muy parecida al arrancador con inductor descrito anteriormente, y generará una caída significativa del voltaje durante el arranque. Se debe seleccionar la proporción de voltaje adecuada para compensar por la caída de voltaje del transformador durante la operación. Como con el inductor, la corriente de arranque debe ser conocida para determinar la caída de voltaje. Es posible una impedancia máxima de aproximadamente 10-12%.

Autotransformador Se emplea un autotransformador reductor para suministrar un voltaje menor para el arranque. En efecto, esto provee dos, o más, fuentes separadas de voltaje para el motor. Los contactores pueden conectar el voltaje menor para el arranque, y luego conectar el voltaje pleno una vez que el arranque se ha completado. El autotransformador puede tener selectores de proporción para seleccionar el voltaje de arranque apropiado, y puede ser bastante pequeño debido al corto ciclo de operación. El voltaje de arranque será razonablemente constante durante el arranque debido a la baja impedancia del autotransformador, por lo tanto, no es necesario conocer la corriente de arranque para obtener una estimación razonable de la caída de voltaje.

Estado sólido El arrancador de voltaje reducido de estado sólido utiliza rectificadores controlados por silicio (SCR) para controlar el voltaje de salida. Esto se logra permitiendo que los SCR conduzcan sólo una parte del ciclo de voltaje; cuanto menor el tiempo de conducción, menor el voltaje. Este tipo de arrancador es el más elegante de los arrancadores de voltaje reducido, y brinda un control continuo del voltaje de salida desde virtualmente cero a voltaje máximo. El control de voltaje continuo brinda flexibilidad considerable y ha resultado en varias técnicas de arranque distintas usadas con las ESP. Algunas de éstas son: 1. Aumento de Voltaje El voltaje tiene un aumento lineal con respecto al tiempo desde cero a voltaje máximo. El tiempo de aumento es ajustable. En algún punto durante el ciclo de arranque, el voltaje de terminal de motor será lo suficientemente alto como para que el motor arranque. Este método no provee mucho control, y el ciclo de arranque debe ser largo. 2. Corriente constante

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El arrancador regula la corriente de salida a un valor previamente definido que se sabe es suficiente para arrancar el motor. Este sistema funciona bien puesto que el arrancador acelera rápidamente hasta el voltaje que puede suministrar la corriente definida. Esto minimiza el tiempo con voltajes demasiado bajos para arrancar, sin embargo, si la corriente definida es demasiado baja, o si las condiciones cambian, quizás el motor no pueda arrancar. 3. Aumento de Corriente El aumento de corriente opera en forma parecida a la corriente constante, puesto que la corriente de arranque se regula a un valor predefinido. La diferencia es que el aumento de corriente tiene dos valores de corriente definidos. Durante el ciclo de arranque, el arrancador acelerará rápidamente al voltaje que soportará la primera corriente predefinida y luego acelerará a una tasa ajustable a la segunda corriente predefinida. Este método minimiza también el tiempo con voltajes demasiado bajos para arrancar, y brinda protección adicional contra cambios posibles en las condiciones de arranque. La configuración adecuada sería definir la primera corriente en un valor que debería arrancar el motor, y la segunda a un valor mucho más alto, pero no tan alto como para romper un eje. El tiempo de aceleración debería ser muy corto, no más de 1,5 segundos.

ARRANQUE CON FRECUENCIA VARIABLE El uso de controladores de frecuencia variable (VSC en inglés) para operar ESP ha agregado otra dimensión al arranque. No sólo podemos variar el voltaje de arranque, sino que podemos también variar la frecuencia de arranque. El criterio usado comúnmente para arrancar una ESP es la corriente de arranque mínima, y se puede usar la siguiente relación para determinar la corriente requerida para momento de torsión (torque (torque)) equivalente en otras frecuencias de arranque.

Torque ∝ I2/f Estableciendo el momento de torsión a 60 Hz igual al momento de torsión de arranque en la frecuencia “f”, obtenemos:

I602/60 Hz. = If 2/f O

 _____  If  =  = I60√ f/60  Por ejemplo: Determine la corriente de arranque requerida para arrancar un motor a 10 Hz., que requiere el 300% de corriente de placa a 60 Hz.

 _____  I10 = (300%)(√10/60) = 122%

Una corriente de arranque en el pozo del 122% del valor de placa del motor a 10 Hz. suministraría aproximadamente el mismo momento de torsión de arranque que el 300% del valor de placa del motor a 60 Hz. Los VSC que se usan generalmente con ESP son de bajo voltaje (380V, 415V, y 480V), y se usa un transformador elevador para equiparar el controlador al voltaje de superficie requerido. Para

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operar a frecuencias distintas a 60 Hz. el voltaje de terminal del motor debe ser ajustado proporcionalmente. Esto es verdad también sobre el arranque. Un arranque de 10 Hz. requeriría 1/6 del voltaje de 60 Hz. A bajas frecuencias, sin embargo, la resistencia del cable es mucho más significativa cuando se la compara con la reactancia del motor, y puede ser necesario aumentar o “empujar” el voltaje de salida para establecer la corriente de arranque requerida. Durante el ciclo de arranque, el VSC acelera rápidamente hasta la frecuencia de arranque. La frecuencia se mantiene constante durante un período de tiempo llamado “DEMORA DE SINCRONIZACIÓN”. Durante este tiempo, la corriente de salida está limitada a un valor ajustable denominado “LÍMITE DE CORRIENTE DE SINCRONIZACIÓN”. El motor arrancará y operará a aproximadamente la velocidad sincrónica para la frecuencia de arranque (10Hz. = 600 RPM). Al final de la ‘DEMORA DE SINCRONIZACIÓN”, el VSC acelerará a una tasa ajustable para establecer la frecuencia de operación. La figura “11” indica el efecto del arranque de menor frecuencia sobre la curva momento de torsión – velocidad. La curva se desplaza a la izquierda. Se logra el arranque a bajas frecuencias lo cual minimiza el impacto de la carga de la bomba, y la carga es acelerada hasta la frecuencia de operación con el motor operando a la derecha del punto de momento de torsión de falla en la curva momento de torsión – velocidad.  Aunque en general no se justifica sólo para arrancar, el arranque arranque de velocidad variable es el “mejor” método disponible para arrancar una ESP. Los problemas discutidos anteriormente con el motor “colgándose” debido a una gran caída de voltaje en los terminales del motor no existen con el arranque de velocidad variable. El VSC aísla a la ESP del sistema de alimentación eléctrica, y compensa por la caída de voltaje por cable en el pozo, permitiendo que el arranque de velocidad variable sea el mismo bajo virtualmente todas las condiciones. La selección del VSC y el transformador puede afectar significativamente el momento de torsión de arranque disponible. ¿Cuánto momento de torsión de arranque es suficiente? Usted nunca sabe de manera segura hasta que no pueda arrancar, y entonces usted sabe que no tiene suficiente. El VSC debería tener una alta capacidad de corriente pico puesto que el momento de torsión es proporcional al cuadrado de la corriente. El VSC y el transformador deben ser capaces de suministrar una capacidad de aumento adecuada para obtener la corriente de arranque máxima. La capacidad para aumentar el voltaje de salida por encima del voltaje base para la frecuencia de arranque permite al motor sumergible de velocidad variable desarrollar momentos de torsión de arranque más altos que con el arranque DOL en los sistemas con largas secciones de cable. La cantidad de aumento puede ser limitada por el VSC o el transformador elevador. Si se diseña adecuadamente, el VSC puede suministrar aumento adecuado para virtualmente cualquier condición sin impacto sobre el costo. Sin embargo, la capacidad de aumento del transformador tiene un impacto significativo sobre el costo, ya que el aumento es, en efecto, un sobrevoltaje para el transformador a la frecuencia de arranque. El transformador debe ser capaz de soportar el sobrevoltaje sin un aumento significativo en la corriente de excitación. Para arrancar, la selecciónelevador del VSCasociado debería basarse en la capacidad de corriente de arranque picodel y la del transformador en la capacidad de aumento. La selección adecuada VSC y del transformador elevador asegurará arranques confiables durante la vida útil de la bomba.

CONCLUSIÓN El arranque es un elemento crítico en la aplicación de una ESP. Las características de arranque de una bomba sumergible están afectadas por una miríada de parámetros relacionados con el sistema de alimentación, entorno del pozo, equipo de control de superficie, método de arranque, cable en el pozo, bomba y motor. Los diseños eléctricos de los motores sumergibles continúan cambiando haciendo que las “reglas empíricas” previas no sean exactas. No generalice. Las características del motor varían con el fabricante y la serie. Confíe en la información suministrada por el fabricante del motor para tomar decisiones relativas al arranque. Debería usarse el arranque DOL cuando sea práctico. Se debería considerar el arranque con voltaje reducido para aplicaciones donde los ejes están cargados cerca de sus capacidades máximas, y las secciones de cable son cortas. Asegure que se suministre al motor voltaje de arranque adecuado para evitar fallas. Una vez más, no generalice. Confíe en las pautas provistas por el

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fabricante específicas para las aplicaciones del caso. Los controladores de velocidad variable brindan el arranque más seguro para las ESP, porque controlan totalmente el entorno eléctrico del motor. Los requerimientos de energía de arranque con un VSC son generalmente más bajos que los requerimientos de operación a carga plena lo que hace al VSC ideal para operar a partir de generadores pequeños. Los ahorros en el generador frecuentemente compensarán más que el costo adicional del VSC.

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SYSTEM VOLTAGE

Xs

MODEL FOR DIRECT ON LINE START

SYSTEM Rs

IMPEDANCE

Xt TRANSFORMER IMPEDANCE Rt

IS START CURRENT Xc CABLE IMPEDANCE Rc

Xm MOTOR IMPEDANCE Rm

 

Figura 7: Modelo de Impedancia para Arranque Directo En Línea

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Figura 8: Longitudes Máximas de Cable

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350 300 250

  TORQUE-

   d   a   o200    L    l    l   u    F 150    %    (   e   u   q   r 100   o    T

CONSTANT

   )

100% VOLTAGE 90% 80% 70% 60% 50%

50 0 0

20

40

60

80

100

 

% SYNCHRONOUS Figura 9: Momento de Torsión / Velocidad con Voltaje Constante 350

PULLOUT TORQUE

TORQUE-SPEED   WITH VOLTAGE DROP

300

   )    D    A    O    L    L    L    U    F      %    (    E    U    Q    R    O    T

250

200

0% VOLTAGE DROP 150

10% 20%

100

PUMP TORQUE

30% 40% 50

50%

0 0

20

40

60

Figura 10: Momento de Torsión / Velocidad con Caída de Voltaje  % SYNCHRONOUS SPEED

80

100

 

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350

300

   )    D    A    O    L    L    L    U    F    %    (    E    U    Q    R    O    T

VARIABLE FREQUENCY   TORQUE-SPEED

250

200

30 Hz.

40 Hz.

50 Hz.

60 Hz.

150

100

50

0 0

20

40

60

% SYNCHRONOUS SPEED

Figura 11: Momento de Torsión de Velocidad Variable / Velocidad

80

100

 

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DATOS RELATIVOS AL USO DE IMPULSORES PWM SOBRE SISTEMAS ESP 1. Ocurrirán transiciones fase a fase de pico negativo a pico positivo si la frecuencia portadora no es la correcta para la frecuencia de potencia. Una consideración inicial que debe darse a una fuente trifásica PWM es la relación que debería existir entre la frecuencia de potencia fundamental a ser generada y la frecuencia portadora. Cada fase se genera con una frecuencia portadora que es modulada por ancho de pulso de acuerdo a una onda sinusoidal a la frecuencia de potencia. Puesto que el motor opera en el voltaje fase a fase es importante considerar lo que sucede de fase a fase. Específicamente, los pulsos en cada fase necesitan estar adecuadamente sincronizados para evitar transiciones de salida fase a fase que conmuten del pico negativo al pico positivo. Si esto sucede la transición de voltaje que entra al cable es el doble de amplitud que el producido en cualquiera de las fases, lo que duplica inmediatamente los problemas debido a desequilibrio de impedancia entre el cable y el motor en la bomba. El desequilibrio es severo y prácticamente duplica las transiciones de voltaje de rápido tiempo de alza en el extremo del cable. La regla a seguir que evitará esto es en realidad bastante simple, sólo use frecuencias portadoras que sean múltiplos de 1,5 veces la frecuencia de potencia que se está generando. Esto genera voltajes fase a fase que siempre alternan entre cero y el pico negativo o cero y el pico positivo y es la menor resolución de frecuencia portadora permitida que evitará el problema. El examen cuidadoso muestra que la frecuencia portadora se elimina de voltajes fase a fase cuando se sigue esta regla.

2. No se puede ajustar la frecuencia portadora para evitar altos picos picos de voltaje de motor con “Cancelación de Reflejo”. Un muy breve cálculo muestra que esto requeriría alternar frecuencias más allá de lo que es práctico con la tecnología actual aún si se pudiera lograr. En efecto en cualquier momento que en pulso de rápido tiempo de alza entra en el cable éste será prácticamente duplicado en el punto de desequilibrio de impedancia entre el cable y el motor. Considere una sección de cable con el extremo del motor abierto como ejemplo, (la inductancia del motor hace que el extremo del motor aparezca abierto a los pasos de rápido tiempo de alza). Si se introduce entonces un paso de voltaje en el extremo de la fuente, (permitiendo que el cable retarde la propagación a 0,4c, donde c es la velocidad de la luz), el paso atravesará un cable de 10000 pies y será reflejado de vuelta en 5,1 microsegundos. Esto significa que la fuente debe estar lista para conmutar en la dirección opuesta en 5,1 microsegundos, lo cual correspondería a medio ciclo, por lo tanto el período portador sería 10,2 microsegundos correspondiendo a una portadora de 9821 Hz. Esto por supuesto no resuelve el problema de ninguna manera, de hecho lo empeora. El pulso se duplicó en amplitud cuando llegó al extremo del cable correspondiente al motor y fue reflejado de vuelta. Si en el instante en que éste retorna la fuente conmuta al nivel opuesto para intentar cancelar el reflejo, otra onda se propaga por el cable. El extremo del cable correspondiente al motor fue dejado al doble de amplitud y el nuevo nivel que viene por el cable es cero, entonces cuando éste llegue se impresiona un paso de doble amplitud en el extremo abierto que es luego duplicado. El voltaje en el extremo abierto ahora va al cuádruplo de la amplitud opuestaninguna (el doble del nuevo proceso continuaría en voltajeen si la el dirección cable no tuviera pérdida hastapaso). que elElaislamiento finalmenteaumentando fallase. Las pérdidas en el cable hacen que el paso final no llegue a duplicarse por lo tanto se llega

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eventualmente a un límite. La frecuencia real resonante del cable de extremo abierto cae por debajo de 9821 Hz por las pérdidas del cable aún para un cable de extremo abierto. La pregunta ahora es, ¿hay alguna otra frecuencia que pueda cancelar los reflejos? No, sin embargo, podemos seleccionar frecuencias que disminuirán el efecto. Si elegimos una frecuencia que corresponda al tiempo de recorrido de una longitud de cable (el doble de la frecuencia anterior) lo que sucede es lo siguiente. En el momento en que el primer paso llega al extremo del cable la fuente conmuta estableciendo una onda que reduce a cero moviéndose en el cable. En el mismo momento, una onda de doble amplitud comienza a viajar de vuelta desde el extremo abierto. Éstas se encuentran obviamente en el centro y tienden a cancelarse mutuamente. El resultado es igual a 2*paso – paso = paso. Por lo tanto, el centro del cable va a amplitud 1*paso que se propaga a cada extremo. En el instante en que la nueva amplitud alcanza la fuente la misma estará lista para conmutar de vuelta a exactamente ese nivel, no fluye corriente y el voltaje es estable. En ese mismo momento, el nuevo nivel llega al extremo abierto el cual está a 2*paso e intenta mover de vuelta a 1*paso. El paso de voltaje se duplica por supuesto lo cual mueve el extremo abierto a cero. Este cero comienza a propagarse de vuelta a la fuente y llega exactamente en el momento en que la fuente conmuta de vuelta a cero. Una vez más, no fluye corriente y estamos de vuelta en el estado en que comenzamos, con ambos extremos en cero. Parece grandioso, pero recuerde que el extremo de la fuente está pulsando a una vez la amplitud del paso mientras que el extremo abierto está pulsando a dos veces la amplitud del paso. Por supuesto la frecuencia requerida para hacer esto es 19642 Hz para 10000 pies de cable. Si el cable es más corto, la frecuencia requerida aumenta. Otras frecuencias equipararán y no equipararán alternativamente la energía de propagación para sumar o restar a la misma y hacer que el voltaje en el extremo abierto aumente y disminuya con alguna frecuencia de pulso. La amplitud pico dependerá de cuántos reflejos suman constructivamente antes de que ocurra la fase destructiva, lo cual variará con la frecuencia portadora. Lo anterior es verdad para ondas cuadradas de ciclo de trabajo constante a la frecuencia portadora. En generación de energía real, el ciclo de trabajo está cambiando constantemente para producir la frecuencia de energía sinusoidal intrínseca. En consecuencia, no hay frecuencia que pueda proveer siempre aún el resultado óptimo de sólo el doble de voltaje en el extremo abierto. Otro enfoque para todo este argumento es usar frecuencia PWM lo suficientemente baja para permitir que los reflejos se propaguen en uno y otro sentido hasta que se disipen, antes de que entre otro pulso. Esto por supuesto introduce armónicas de la frecuencia de potencia debido al bajo de pulsos por ciclo de la en frecuencia de potencia. De hecho, si seun usa esteigual enfoque, tienenúmero más sentido una forma de onda pasos puesto que nunca se genera paso a toda la amplitud.

3. Los altos picos de voltaje del motor no pueden evitarse ajustando la frecuencia portadora para evitar “resonancia del sistema”.   En la práctica real el fenómeno de reflexión está eclipsado por la resonancia del sistema, (aunque aquél nunca desaparece). El sistema se comportará como un sistema resonante a una frecuencia menor que la resonancia de reflejo del cable. La frecuencia real es controlada primariamente por la inductancia y capacitancia total del cable y el %Z del transformador. De hecho, si toda la capacidad del cable se acumula como un capacitor y se calcula una inductancia equivalente en serie para todos los inductores del sistema, se puede calcular la frecuencia resonante. Es por cierto imperativo que no se impulse al sistema con energía próxima a la resonancia porque el sistema resonante es un sistema de Q alto. Un circuito resonante tendrá unaQganancia devoltaje voltajede aproximadamente igual Q a la frecuencia por loPara tanto, con un de 20 y un excitación de 1 kV, noalsería raro tener 20 resonante, kV en el motor. evitar esto uno debe entender qué frecuencias se generan por una forma de onda PWM.

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Una forma de onda PWM trifásica produce grupos de frecuencias que están centrados alrededor de la frecuencia portadora y cada armónica de ésta. Estas frecuencias son iguales a la suma y diferencia entre la frecuencia portadora y de potencia que se están generando. Por ejemplo, si la portadora es 1000 Hz y se genera energía de 50 Hz, entonces habrá frecuencias a 950 Hz y 1050 Hz, 900 Hz y 1100 Hz y así sucesivamente. El tercer múltiplo de 50 5 0 estará ausente como lo estarán los otros triples y la más fuerte será la segunda (a menos que la regla anterior no sea seguida lo que hará que la portadora aparezca y sea la más fuerte). En el primer grupo, la amplitud de cada una decrecerá hasta que sean insignificantes a partir de aproximadamente la 12ª. Las frecuencias alrededor de 2 veces la portadora serán todas de menor amplitud pero no disminuirán de amplitud tan rápidamente creando un rango más ancho. Con cada armónica de la portadora, el rango se hará más pequeño pero más ancho hasta finalmente superponerse con el rango previo. Antes de que los rangos se superpongan, hay regiones de frecuencias entre las armónicas de la portadora donde no se genera energía. Para evitar excitación de resonancia del sistema se debe elegir una portadora de manera tal que la frecuencia resonante del sistema esté entre las armónicas de la portadora. Esto significa que

fr =

3 5 7 fc, fc, fc,... 2 2 2  

o resolviendo para fc,

2 2 2 fr, fr, fr,.. .   3 5 7

fc =

Donde fc = Frecuencia portadora fr = Frecuencia resonante del sistema. En la práctica real, el punto medio no es el punto ideal puesto que cada rango se ensancha, en lugar de 2/3, 2/5, 2/7 la mejor posición es

1 1 1 , , ,...   2 1+ 2 2 + 2

Un ejemplo de todo esto es, 100 carrier

fresonant

10

F

k  . 100

1

maxf 

0.1

0.01 0

2000

4000

6000

8000

4 1 10 k 

4 1 .2 .2 1 0

4 1 .4 .4 1 0

4 1 .6 .6 1 0

4 1. 8 1 0

4 2 10

 N .dt

Figura 12: Espectro PWM, portadora de 3 kHz generando 50 Hz La Figura 12 es el espectro de un impulsor PWM generando 50 Hz con una frecuencia portadora de 3 kHz. Este es el múltiplo más cercano de 75 al 41,4% de la frecuencia resonante del sistema

 

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(7358 Hz). El sistema es un motor de 180 hp y 1580 voltios con un transformador de 500 KVA al 6,5% y 5000 pies de cable no.1. El cable es de 140 uH y 0,075 uf por 1000 pies.  Asumiendo que la frecuencia resonante del sistema está determinada con exactitud, se puede seleccionar una frecuencia portadora óptima. Recuerde que la frecuencia portadora debe moverse en incrementos de 1,5 veces la frecuencia de potencia o transiciones de doble amplitud emanarán desde el impulsor, por lo tanto la frecuencia óptima no puede ser generada precisamente. En el ejemplo anterior, el valor óptimo era 3012,68 Hz, sin embargo, puesto que el valle entre el segundo y tercer rango es bastante ancho el pequeño desplazamiento es insignificante. Si se genera una frecuencia de potencia más alta la posición se hace más crítica como se puede ver en la figura 13 que es el mismo sistema pero con frecuencia generada de 60 Hz. El paso de frecuencia es ahora 90 hz haciendo más difícil optimizar la posición de la portadora. 100

100

carrier

10

F

k  . 100

fresonant

1

maxf 

0.1

.01 0.01 0 0

2000

4000

6000

8000

4 1 10 k 

4 1 .2 .2 1 0

4 1 .4 .4 1 0

4 1 .6 .6 1 0

4 1. 8 1 0

4 2 10 endplot

 N .dt

Figura 13: Espectro PWM portadora 2.97kHz generando potencia de 60 Hz

Note en la figura 13 que el ancho de la región sin energía cerca de la frecuencia resonante del sistema (valle entre las armónicas 2 y 3 de la portadora) se ha estrechado. A medida que la frecuencia generada aumenta las energías del segundo y tercer rango se superpondrán y la resonancia del sistema será excitada. En muchos casos se usarán secciones de cable más cortas o una menor impedancia de transformador; ambos factores pueden resultar en una frecuencia resonante más alta. Cuando la frecuencia resonante llega a cierto punto, la frecuencia resonante debe ser ubicada entre el tercer y cuarto rango ya que no es práctica una portadora lo suficientemente alta como para mantenerla entre el segundo y tercer rango debido a las pérdidas por conmutación. La región de baja energía entre el rango tres y cuatro es muy estrecha y desafortunadamente, se superpone, en muchas aplicaciones, por lo tanto no se puede alcanzar un buen punto de operación. Debería notarse que los picos de voltaje en el motor serán siempre más altos que a la salida del transformador. Esto se debe a los reflejos en los terminales del motor debido a desequilibrio de impedancia, (como se explicó anteriormente, los reflejos nunca desaparecen por completo) y es esencialmente independiente de la caída de voltaje en el cable a la frecuencia de potencia. A medida que se disminuye la impedancia del transformador, los picos de voltaje de salida del transformador disminuyen, pero los picos de voltaje del motor tienden a aumentar. Aún cuando se use una frecuencia portadora óptima, el voltaje pico del motor es siempre más alto que el voltaje pico de salida del transformador. Se debe tener cuidado al modelar estos sistemas, puesto que el análisis de circuitos agrupados mostrará una diferencia entre los voltajes del extremo del transformador y del extremo del motor

 

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pero será siempre por debajo del real. Para analizar el sistema adecuadamente, se deben analizar las características del cable con al menos 10 secciones de valores agrupados, cuanto más secciones, más exacto será el resultado. Se muestra en la figura 14 un ejemplo de agrupar todos los parámetros de cables en una única sección RLC ‘T’. stdev ( vto ) = 1919

vto  j

max max( vto vto ) = 4522

sclo

Transformer Output Voltage

5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

vm  j

0

0.01

0.02  j .T

0.03

0.04

5000

stdev ( vm) = 2021

ma max x( vm) = 5044

Motor Voltage

5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0

0.01

0.02  j .T

0.03

0.04

 

Figura 14: Portadora de 3 kHz generando potencia a 50 Hz, Modelo de un único valor agrupado Si se usa un modelo de cable con el cable dividido en 15 secciones el resultado es, o

5000

stdev ( vtopp )

=

1939

max max( vt vtopp opp )

=

4745

st stde dev v ( vm vmpp pp)

2098

max max( vm vmpp pp )

=

5507

Load Voltage (Phase to Phase)

Xfmr ouput voltage (Phase to Phase) 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 vmpp k  1000 500 0 ntd 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

5000 3750 2500 vtopp k 

=

1250 0 1250 2500 3750 5000 0

0.01

0.02

.T

0.03

0

0.01

0.02

0.03

.T

Figura 15: Portadora de 3 kHz generando potencia a 50 Hz, modelo de cable con 15 secciones Note que el modelo con cable en 15 secciones muestra un voltaje de motor más alto, en casi 500 voltios.

 

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Si se coloca la frecuencia resonante entre el primer y segundo rango (y se la mueve un poco para encontrar el punto de voltaje mínimo), el mejor punto operativo es una portadora de 4875 Hz, sclo

5000 stdev ( vtopp )

=

1839

max( vtopp vtopp )

=

4587

st stde dev v ( vm vmpp pp)

5000

5000 4500

3750

4000 3500 3000 2500 2000 1500 vmpp k  1000 500 0 ntd 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

2500 1250 k 

0 1250 2500 3750 5000 0

0.01

0.02

1966

ma max x( vm vmpp pp )

=

5187

Load Voltage (Phase to Phase)

Xfmr ouput voltage (Phase to Phase)

vtopp

=

0.03

0

0.01

.T

0.02

0.03

.T

 

Figura 16: Portadora de 4875 Hz generando potencia a 50 Hz, modelo de cable con 15 secciones En todo anterior, 1315 voltios a 50 Hz son y utilizados por elde motor. LaLa figura 15lorepresenta lo mejor queeficaces se puede lograr con generados una portadora de alrededor 3 kHz. figura 16 muestra lo mejor que se puede lograr ubicando la frecuencia resonante entre el primer y el segundo rango. Como se puede ver sólo se logra un voltaje de motor unos pocos cientos de voltios más bajo. Para un impulsor sin un transformador la situación en realidad empeora debido a tiempos de alza más altos en el cable (no hay impedancia del transformador para frenarlo), lo cual aumenta el problema de reflexión y aumenta la frecuencia resonante a un valor muy cercano a la autoresonancia del cable. Si la portadora es ¼, ½, o ¾ de la frecuencia resonante una armónica de la portadora estará centrada en la frecuencia resonante con resultados desastrosos. Aquí hay un ejemplo de una frecuencia portadora igual a ½ de la frecuencia resonante, (la escala se deja sin cambios para ilustrar el cambio de magnitud). sclo

5000 stdev ( vtopp )

=

5195

max( vtopp vtopp )

=

12946

st std dev ( vm vmpp pp)

ma max x( vm vmpp pp )

=

17159

5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 vmpp k  1000 500 0 ntd 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

3750 2500 1250 k 

7086

Load Voltage (Phase to Phase)

Xfmr ouput voltage (Phase to Phase) 5000

vtopp

=

0 1250 2500 3750 5000 0

0.01

0.02

.T

0.03

0

0.01

0.02

.T

0.03

 

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Figura 17: Portadora de 3675 Hz generando potencia a 50 hz, modelo de cable con 15 secciones En breve, siempre se debería usar un filtro cuando se emplea generación de potencia PWM.  Aún la mejor ubicación de la frecuencia portadora resultará en voltajes de motor motor que generarán tensiones excesivas del aislamiento y que causarán eventualmente una falla. Este estudio fue realizado para la generación de 1315 voltios eficaces fase a fase a 50 Hz. Muchas aplicaciones deben usar voltajes más altos que éste y producirán voltajes que excedan en mucho las capacidades de los aislamientos aún para la mejor ubicación de la frecuencia portadora. La selección pobre de la frecuencia portadora producirá voltajes que destruirán rápidamente el equipo. Como punto de referencia, el mismo sistema impulsado por una onda de seis pasos resulta en, sclo

5000 stdev ( vtopp )

=

1356

max( vtopp vtopp )

=

2528

st std dev ( vm vmpp pp)

3750 2500 1250

vmpp

0

ntd

1250 2500 3750 5000 0

0.01

0.02

.T

1310

ma max x( vm vmpp pp )

=

2782

Load Voltage (Phase to Phase)

Xfmr ouput voltage (Phase to Phase) 5000

vtoppk 

=

0.03

5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 k  1000 500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0

0.01

0.02

.T

Figura 18: Seis pasos generando potencia a 50 Hz, modelo de cable con 15 secciones Note los voltajes pico mucho más bajos.

0.03

 

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Impulsores de Velocidad Variable: Definiciones, Aplicaciones y Comparaciones INTRODUCCIÓN Durante los últimos veinteaumento años, la en industria de la bomba eléctricade sumergible ha (VSD). presenciado un marcado la aplicación de impulsores velocidad(ESP) variable Durante ese mismo período, la complejidad y diversidad de los productos VSD ha aumentado también. Para aplicar los VSD apropiadamente en este entorno demandante, los usuarios necesitan un mayor conocimiento de las opciones disponibles. En muchos casos, los ingenieros involucrados en la selección de equipos para instalaciones de ESP pueden tener escaso conocimiento de topologías de VSD y de sus beneficios y dificultades asociados. Este documento describirá las funciones básicas de los bloques constitutivos del VSD, la manera en que se pueden combinar estos bloques para crear diferentes topologías de VSD, y las circunstancias en las que las diferentes topologías serán beneficiosas. Comenzamos con definiciones de los distintos bloques básicos.

DEFINICIONES Componentes del VSD de CA Para entender las tener diversas consideraciones surgen cuando se aplican ESP, es esta deseable primero conocimiento de los que bloques fundamentales usadosVSD paraaconstruir tecnología. En este documento, nos concentraremos en VSD de corriente alterna (CA) usados para controlar motores de inducción de CA. Mientras que se han desarrollado muchos tipos de conversores, nuestra discusión estará limitada a tecnologías actualmente disponibles y aplicadas. Discutiremos cada uno de los bloques básicos de construcción del VSD en las secciones a continuación.

Conversores Se llama conversor a cualquier equipo eléctrico que cambia energía eléctrica de una forma a otra. Un conversor puede cambiar las magnitudes de voltaje y corriente, cambiar de CA a CC o de CC a CA, y/o alterar la frecuencia. Un VSD de CA es por lo tanto un conversor de CA a CA. Por ejemplo, un VSD típico convertirá los 480 voltios a 60 Hertz aplicados a la entrada, a voltaje de 0 a 500 voltios, con frecuencia de 0 a 120 Hertz, en los terminales de salida. Los VSD usan generalmente dos conversores internos para lograr su funcionalidad general: un rectificador de entrada y un inversor de salida. Con frecuencia el término se usa específicamente para referirse a la sección rectificadora de entrada de unconversor VSD. El bus de CC conecta los dos conversores. El rectificador de entrada (conversor), el bus de CC y el inversor de salida serán detallados en las secciones a continuación.

Rectificador de Entrada (o Conversor)  A la entrada de un VSD hay un rectificador. El rectificador convierte corriente y voltaje bidireccionales o CA en corriente y voltaje unidireccional o CC. En este punto, la corriente y voltajes de CC todavía variarán en el tiempo, pero la corriente fluirá en una dirección y el voltaje nunca cambiará de polaridad. Estas fluctuaciones se minimizan en el bus de CC que se detalla más abajo. La figura 19 muestra una representación simple de un conversor trifásico.

Figura 19: Conversor

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Este tipo de representación enfatiza los bloques básicos de construcción de un VSD, más que la interconexión de múltiples componentes de estado sólido. En la práctica, el conversor rectificador de entrada de cualquier VSD contendrá probablemente muchos rectificadores controlados por silicio (SCR) o diodos o ambos tipos. Los rectificadores pueden ser controlados o no controlados. Un diodo puente es un ejemplo de rectificador no controlado. Su voltaje de salida es estrictamente dependiente del voltaje de entrada aplicado. Un SCR puente es un ejemplo de un rectificador controlado. Un rectificador controlado puede convertir cualquier parte de la CA de entrada en voltaje de CC permitiendo por lo tanto la selección de niveles de voltaje desde cero hasta un valor cercano a los valores pico línea a línea.

Bus de CC El bus de CC del VSD está compuesto de dispositivos pasivos no controlados. Los elementos típicos incluyen inductores, capacitores y resistores. Estos dispositivos forman un filtro amortiguado pasa bajos para emparejar la corriente y voltaje de CC suministrados por el rectificador. Dependiendo de la topología del VSD, el bus de CC suministra una fuente de voltaje o corriente de CC al inversor. El bloque simplificado se muestra en la Figura 20. Una vez más, el énfasis aquí es en la topología general, no conexiones específicas a nivel de componente. En la mayoría de los casos en unidades VSD de capacidad media de caballos de fuerza, el bus de CC estará compuesto de múltiples inductores, capacitores y/o resistores para lograr las capacidades necesarias de voltaje y corriente.

Figura 20: Bus de CC

 Algunas topologías incluirán sólo inductores, o sólo capacitores y resistores, mientras que otras requerirán los tres tipos de componentes. Las dimensiones de los componentes del bus, junto con el hecho de si los tres elementos están presentes, pueden afectar la distorsión de corriente de entrada del VSD, junto con el rendimiento global del impulsor.

Inversor de Salida En la etapa final del VSD está el inversor. El inversor convierte la fuente de CC suministrada por el bus de CC del impulsor de vuelta en una fuente de CA de frecuencia variable para el motor de inducción. Mientras que un inversor podría ser de frecuencia fija, a los efectos de este documento, nos ocuparemos de los inversores de frecuencia variable. Algunos inversores controlan tanto los niveles de voltaje o corriente como la frecuencia, mientras que otros sólo controlan la frecuencia. Se explicará más sobre esto en la sección Topologías de VSD. Como se mencionó en la sección previa, el inversor podría ser un inversor de fuente de corriente o de voltaje. (En un inversor de fuente de voltaje, se controla la forma de onda del voltaje de salida, y la forma de onda de la corriente de salida se determina por la carga aplicada. Un inversor de fuente de corriente es justo lo opuesto ya que controla la forma de onda de la corriente de salida y la forma de onda del voltaje de Figura 21: Inversor salida se determina por la carga aplicada). La mayoría de las instalaciones de ESP emplean inversores de fuente de voltaje. Esto significa que el bus de CC incluirá inclu irá un gran banco de capacitores para suministrar una fuente al inversor. Se muestra en lamuchos Figura 21 el bloque semiconductores simplificado para un inversor usandode unvoltaje interruptor de transistor. Se usan dispositivos distintos en

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los inversores de VSD, desde SCR a transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) a tiristores apagados por puerta (GTO).

Topologías Comunes de VSD de CA  Ahora que se han detallado los bloques básicos de construcción del VSD, tomemos un vistazo más cercano a los detalles de estos sistemas. Cuando se intenta entender el rendimiento de un VSD particular, uno debe darse cuenta de que pueden combinarse distintos tipos de conversores para crear muchas topologías de VSD distintas. Debido a esta diversidad, se ha creado un poco de confusión recientemente. Los ingenieros han especificado un VSD particular para obtener niveles reducidos de corrientes armónicas, sólo para descubrir que la reducción en las armónicas de corriente no era del lado de la compañía eléctrica donde surgió la preocupación. En las secciones a continuación, se describirá cada uno de los bloques básicos de construcción. Recuerde que todo impulsor debe contener tres bloques: rectificador de entrada, bus de CC e inversor de salida. Estos bloques individuales pueden variar de manera algo independiente.

Rectificadores Trifásicos en Puente Completo El rectificador más común en dispositivos electrónicos de alta potencia es el rectificador trifásico en puente completo. Usa seis dispositivos, en general diodos o rectificadores controlados por silicio (SCR), para formar el puente. Se conectan dos dispositivos a cada una de las tres fases de entrada. Un dispositivo de cada fase se conecta al bus de CC positivo, el otro al bus negativo. Cada uno de estos seis dispositivos conduce durante el semiciclo positivo o bien el negativo de su fase respectiva. Esto significa que tenemos dos pulsos en cada fase de entrada y de esa manera tenemos en total un conversor de seis pulsos. El conversor de seis pulsos tiene características que son casi invariantes, dependiendo de la manera en que se lo aplica. Son típicos los niveles de distorsión de corriente de entrada del 25% al 35%. Sin embargo, el nivel puede ser mucho más alto por medio de una aplicación no adecuada o de dimensiones no apropiadas del bus de CC. No deberían confundirse los conversores de seis pulsos con el inversor de seis pasos o de voltaje variable. Estos son dos conversores distintos, y un VSD específico puede incluir ninguno o ambos.

Rectificadores Conversores Multipulsos Los rectificadores conversores multipulsos se usan para reducir armónicas de la corriente de entrada en equipos electrónicos de potencia. La mayoría de los sistemas multipulsos que se usan hoy en día son múltiples rectificadores trifásicos en puente conectados en paralelo por medio de fuentes de poder con desplazamiento de fase o tiempo. En sistemas multipulsos, se logran dos pulsos por fase, de manera que el número de pulsos es siempre el doble del número de fases de entrada. Se logra una fuente de potencia desfasada usando un transformador desfasador. El transformador se conecta a una fuente trifásica estándar y por medio de Figura 22: Sistema Conversor de 12P combinación vectorial de esas tres fases desarrolla el número requerido de fases de salida. Este transformador puede o no estar incluido como parte del hardware del VSD. Se debe tener cuidado en entender si un sistema VSD multipulso requiere o no requiere una fuente de potencia especial o estándar.

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El sistema multipulsos más común es el puente de doce pulsos, que usa dos conversores de seis pulsos desfasados en 30 grados. En la Figura 22, se conectan dos conversores de seis pulsos a un secundario de bobinado doble delta / Y que provee el desfasaje necesario de 30 grados. En general, un conversor de doce pulsos puede reducir la distorsión armónica total (THD) de la corriente de entrada del valor promedio para seis pulsos de alrededor del 30% a aproximadamente 8%. Esta es una reducción significativa en THD. En casos donde la capacidad del sistema de cortocircuito es más de veinte veces mayor que la corriente de carga del VSD, el conversor de doce pulsos permitirá cumplimiento pleno con el estándar IEEE 519-1992, Prácticas Recomendadas y Requerimientos para Control de Armónicas en Sistemas de Energía Eléctrica (IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems). Systems).1 Se dirá más sobre este estándar en la sección Aplicaciones.

Figura 23: Sistema Conversor de 18P

Los conversores con mayor número de pulsos reducirán aún más los niveles de distorsión de la corriente de entrada. Por ejemplo, un conversor de dieciocho pulsos operará bastante fácilmente a menos de 3% de THD. En la Figura 23, tres conversores de seis pulsos son alimentados por un auto transformador desfasador para proveer una operación de dieciocho pulsos. Una vez más, se debe tener cuidado en entender si el transformador desfasador está incluido en el VSD o si se lo debe suministrar en forma separada. Se pueden implementar de manera económica conversores de veinticuatro y más pulsos en sistemas de mayor cantidad de caballos de fuerza. Los conversores multipulsos pueden ser apareados con los componentes apropiados de bus de CC y combinados con cualquiera de los inversores a continuación para hacer un VSD con todas las funciones correspondientes.

Inversores de Fuente de Corriente Como se explicó anteriormente, el bus de CC en un VSD suministra una fuente de corriente o voltaje a un inversor. En un inversor de fuente de corriente, se usan grandes inductores para suministrar una fuente de corriente al inversor. La corriente suministrada al inversor es controlada normalmente por un SCR. Éste es un ejemplo del tipo de inversor de salida del VSD influyendo la selección del tipo de rectificador de entrada. El inversor de fuente de corriente controla sólo la frecuencia de salida del impulsor, mientras que la corriente y el voltaje son controlados por el conversor de entrada. El inversor puede operar en modo seis pasos o PWM, los cuales serán detallados en la siguiente sección. La tecnología de fuente de corriente es en general el método preferido en sistemas de potencia extremadamente alta, digamos por encima de 5.000 HP, debido a la disponibilidad de los dispositivos semiconductores de energía necesarios a esas capacidades de voltaje y corriente.

Inversores de Fuente de Voltaje En un inversor de fuente de voltaje, grandes bancos de capacitores actúan como una fuente de voltaje de CC de baja impedancia para el inversor. El inversor cambia entonces este voltaje de CC en voltaje de CA mediante uno de entre varios métodos de conmutación. Estos métodos generalmente pertenecen a dos categorías: inversores de voltaje variable (VVI) o inversores de voltaje constante (CVI). Los VVI emplean en general un rectificador controlado, mencionado anteriormente, controlar el voltaje delcontrola bus de CC esa manera el voltaje de salida del inversor. En unpara CVI el voltaje de salida se poryelde método de conmutación.

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Inversores de Voltaje Variable Los impulsores VVI son generalmente inversores de seis pasos. La unidad consiste de seis conmutadores, cada uno encendiéndose y apagándose una vez durante cada ciclo de salida. El nombre viene del hecho que cada ciclo se divide en seis períodos de 60 grados. Durante cada período, hay una única combinación de dispositivos de energía activados. Esto resulta en una forma de onda de voltaje fase a fase que tiene seis “pasos” identificables para aproximar una onda sinusoidal. Se conoce a este dispositivo también como un inversor de “onda cuasi sinusoidal”. El inversor controla sólo la frecuencia de salida, y es una topología relativamente simple y fuerte. Debido a las características únicas de la forma de onda de seis pasos, las tensiones eléctricas sobre los dispositivos de energía están reducidas significativamente cuando se compara con otras topologías. Inversores de Ancho de Pulso Modulado Los inversores de ancho de pulso modulado (PWM) consisten también de seis conmutadores, pero éstos conmutan muchas veces por ciclo de salida para controlar tanto el voltaje como la frecuencia de salida. Por esta razón son generalmente alimentados por un rectificador puente diodo no controlado. En un inversor PWM, la forma de onda de voltaje está dividida en muchos períodos de tiempo pequeños. (El número de períodos puede variar de unos pocos cientos a varios miles). Durante cada período, el voltaje de salida instantáneo se aproxima por una onda cuadrada en algún ciclo de trabajo. Un ciclo de trabajo del 100% representaría voltaje máximo, y un ciclo de trabajo de 0% representaría voltaje cero. Para generar una onda sinusoidal, estos “pulsos” comenzarían en ancho cero y crecerían, en forma sinusoidal, hasta el ciclo de trabajo al 100% en el punto de 90 grados de la forma de onda. Luego comenzarían a disminuir en ancho en forma sinusoidal hasta cero otra vez en el punto de la forma de onda de 180 grados. Las conexiones al motor se revertirían entonces, y el proceso se repetiría para finalizar la forma de onda. El nivel de voltaje de salida es la integral de estos anchos de pulso de altura de voltaje del bus de CC sobre cualquier ciclo dado. La integración es realizada por la inductancia del motor, y la forma de onda de corriente resultante se hace más sinusoidal a medida que se usan más pulsos. Para variar el voltaje promedio, cada ancho de pulso se multiplica por un factor de escala. (Para obtener la mitad de voltaje de salida, cada pulso sería la mitad de su ancho original). Las tensiones eléctricas sobre los dispositivos de energía de un inversor PWM son significativamente más altas que en un inversor de seis pasos. Cada transición de conmutación genera altas pérdidas en los dispositivos de energía, ocurriendo cientos o miles de veces por ciclo. Debido a esto, se debe tener mucho cuidado para asegurar que las pérdidas y las tensiones de voltaje resultantes se manejan apropiadamente. Esto puede sumar a la complejidad y el costo de este tipo de inversor. Los inversores PWM se usan también en algunas topologías de fuentes de corriente. En esta configuración, el inversor PWM puede estar combinado con un SCR para regular la fuente de corriente.

La Carga En cualquier discusión de inversores, es necesario considerar la carga. En la mayoría de las aplicaciones industriales de impulsores, el motor se ubica en general relativamente cerca del impulsor, y sus características eléctricas dominan la carga que el inversor “ve”. Con el motor y la bomba sumergibles, no es éste el caso. El motor puede estar a miles de pies del impulsor. Casi siempre habrá un transformador elevador entre éste y el impulsor para obtener voltaje designificativa terminal deseado. Los elementos parasíticos todo este equipo pueden sereluna parte de la carga eléctrica del impulsor, en y los efectos de la línea de transmisión comienzan a aparecer. En los peores casos, el

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sistema en el pozo puede convertirse en un circuito sintonizado con poca amortiguación. Estos efectos se describirán en más detalle más tarde.

Equipo Opcional Reactores de Línea de Entrada Los reactores de línea de entrada son inductores colocados en serie con la entrada del VSD (Figura 24). En general estos inductores han sido aplicados en casos donde un VSD con muy pequeña inductancia de bus de CC necesitaba la inductancia adicional para reducir los niveles pico de corriente de entrada. En ese caso, los reactores de línea de entrada se usan para reducir las armónicas de la corriente de entrada del VSD. Si el VSD tiene una inductancia de bus de CC de medida adecuada, el agregado de reactores de línea de entrada no mejorará en mucho los niveles de corrientes armónicas.

Supresores de Picos Figura 24: Reactores de Línea de Entrada Los supresores de picos se aplican a la entrada de un VSD para proveer protección contra transitorios de la línea. Mientras que el supresor más simple es el salto de chispa, la mayoría de supresores de picos de VSD son varistores de óxido de metal (MOV). Un MOV es simplemente un resistor cuya resistencia cae dramáticamente con aumento de voltaje. Cuando hay presente un voltaje peligrosamente alto, el MOV provee un paso de desvío para disipar la energía del pico. Algunas unidades combinan el MOV con un amortiguador capacitor resistor para supresión de transitorios de mayor frecuencia y menor energía. Una vez más, ha habido alguna confusión recientemente debido a la preocupación relativa a armónicas. Mientras que los supresores de picos pueden reaccionar y bloquear transitorios incluyendo armónicas, no se los debería considerar como eliminadores de armónicas en estado de régimen. La manera más fácil de entender esto es en términos de disipación de energía. Si un VSD produce corriente con 30% de THD, entonces un filtro para reducir dicha distorsión necesitaría ser capaz de manejar una gran parte del 30% del nivel de corriente eficaz de entrada en el estado de régimen. Claramente, la medida de los supresores de pico hace imposible este nivel de disipación de energía en estado de régimen.

Filtros pasivos y Corrección de Factor de Potencia Se pueden aplicar filtros a la entrada o a la salida de un VSD. La mayoría de las topologías de filtro incluyen alguna combinación de los mismos componentes usados en la sección del bus de CC del VSD: inductores, capacitores y resistores. Los filtros cambian las características armónicas de una forma de onda de voltaje o corriente al bloquear corrientes armónicas o al proveer un paso alternativo en el cual se permite que fluyan las corrientes armónicas. Los filtros pasa altos, los filtros pasa bajos y los filtros sintonizados son ejemplos de distintos tipos de filtros. En la Figura 25, un conversor entrada se alimenta desde el de suministro eléctrico con un capacitor

Figura 25: Reactor y Capacitor de Desvío en Serie

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de desvío para corrección de factor de potencia (PFCC) y un reactor de línea en serie. Hay poca distinción entre filtros de armónicas de entrada y corrección de factor de potencia en VSD. Otra vez note en la Figura 25, el PFCC ciertamente mejora el factor de potencia, pero en concierto con el reactor en serie, los dos componentes se comportan como un filtro pasa bajo. Los filtros de armónicas de entrada son los más comunes, y se aplican para reducir las armónicas de corrientes inyectadas por el VSD en el sistema de suministro eléctrico. La mayoría de las veces, se colocan filtros sintonizados en paralelo (filtro de desvío) con la entrada del impulsor para proveer un paso para los componentes armónicos característicos del VSD. Se muestra un filtro sintonizado conectado en paralelo a la entrada del VSD en la Figura 26. Se dirá más sobre armónicas características de conversor en la sección Comparaciones. En cualquier momento que se introduzcan capacitores en un sistema de energía, existe la posibilidad de interacciones del sistema no deseadas. Esta interacción puede tomar muchas formas. Un ejemplo sería la absorción de corrientes armónicas generadas por otras cargas conectadas al sistema de potencia. Cuando esto ocurre, los capacitores pueden experimentar corriente más alta que la requerida por el diseño, llevando a Figura 26: Filtro de Armónica una falla prematura. Además, los capacitores pueden crear una de Entrada resonancia del sistema que resulte en altas corrientes armónicas en circulación. Estas corrientes producen entonces altos voltajes armónicos en otras partes del sistema. En cualquier momento que se introduzcan capacitores al sistema de potencia, sería recomendable un estudio de la interacción de esos capacitores con el sistema. Los filtros pasivos se están aplicando también en el lado de salida de los VSD para disminuir la cantidad de THD que se introduce a la ESP. Esto se hace esencial en la aplicación de impulsores PWM de alta frecuencia, puesto que los rápidos tiempos de conmutación tienden a excitar la resonancia de transformador, cable y resonancia del sistema del motor. La interacción de la frecuencia de conmutación del impulsor con el circuito sintonizado del sistema en fondo de pozo puede generar sobrevoltajes peligrosamente altos en los terminales del motor. Si se dejan sin controlar, estas tensiones de voltaje dañarán al aislamiento de la bobina del motor llevando a una falla prematura.

Filtros Activos Los filtros activos son relativamente nuevos y, debido al costo y complejidad, sólo se ven en pequeños números. Esencialmente los filtros activos son conversores especializados, que monitorean una corriente, identifican los componentes armónicos existentes e inyectan corrientes armónicas, las cuales están desfasadas con los componentes armónicos existentes de manera de cancelarlos. Los filtros activos se combinan también con filtros pasivos de manera de reducir la cantidad de capacidad de manejo de potencia requerida por el dispositivo activo. De esta manera, se puede lograr una forma de onda deseada sin requerir grandes conversores auxiliares.

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APLICACIONES La aplicación de VSD a sistemas ESP es, en sí misma, una ciencia. Mientras surgen muchos de los mismos problemas de aplicar VSD a otros sistemas, también lo hacen ha cen consideraciones únicas. Las características del motor sumergible solo son bastante distintas que las de un motor de superficie típico. También exclusiva de las aplicaciones de ESP es la necesidad de un transformador elevador y las largas longitudes de cable. Estos tres componentes crean un circuito complejo y de fina sintonización. Hoy en día, la mayoría de los fabricantes de VSD de equipos de superficie están diseñando los VSD con un requerimiento mínimo de distancia de cable entre el VSD y el motor. Mientras que esto simplifica enormemente la aplicación, obviamente no es una opción para las ESP.

Ventajas de VSD Las razones para aplicar VSD a ESP son numerosas y están bien documentadas. Se las detallará aquí en pos de completitud, y para enfatizar el hecho de que la tecnología de VSD se usa para obtener ventajas específicas sobre la operación con velocidad fija. Las decisiones relativas a la selección de una topología de VSD específica se dejarán para la sección Comparaciones. Mejor Eficiencia del Sistema Los índices de productividad de pozos contienenCombinando incertidumbres. este hecho con los pasos finitos de tasa de caudal en diseños de tazón de bomba, el proceso de equiparar una bomba particular a una velocidad predeterminada a un pozo dado es en el mejor de los casos difícil. En la práctica, es con frecuencia imposible. Cuando la productividad del pozo fluctúa por debajo del punto de diseño luego de haberse completado, la tasa óptima de bombeo también Figura 27: Curva Tornado de Bomba de d e VSD disminuye. En aplicaciones de velocidad fija, la única manera de controlar la tasa de caudal excesiva es a través de la aplicación de válvulas (el equipo se puede ciclar pero en ese caso se introducen también pérdidas y desgaste). En cualquier momento que se introduzca una válvula, la caída de presión a través de la válvula es proporcional a la energía disipada en esa válvula. Esto resulta en una menor eficiencia del sistema. Con un VSD, se puede optimizar el flujo de una bomba dada y para un índice de productividad dado de manera de maximizar la eficiencia global del sistema. Note en la Figura 27 la manera en que la capacidad de tasa de caudal de la bomba varía de aproximadamente 5.000 barriles por día a más de 13.000 sobre el rango de velocidad de 50-70 Hz sin dejar el rango operativo diseñado de la bomba.

Producción de Pozo Maximizada Por otra parte, si el índice de productividad es más alto que el esperado, el productor debe optar por cambiar la medida de la tubería de la ESP de manera de aumentar la producción. Con un

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VSD, la velocidad puede aumentarse hasta la potencia máxima disponible del motor de manera de maximizar la producción mientras que se mantiene la eficiencia del sistema. Una vez más, note en la Figura 27 la manera en que podría aumentarse la velocidad de la bomba por encima de 60 Hz. para ganar miles de barriles adicionales por día. Se puede aumentar la velocidad hasta el punto en que se alcanza la capacidad de caballos de fuerza del VSD o del motor.  A medida que la bomba experimenta desgaste normal durante el curso de la operación, las propiedades de aumentar su altura-flujo cambianaresultando enlauna menor Cuando se usa un VSD, se puede la velocidad medida que bomba se producción. desgasta para mantener producción máxima durante la vida útil más larga de la bomba.

Producción Equiparada al Proceso  Así como el fluido disponible de entrada a la bomba afecta la tasa de bombeo requerida, también puede afectar la capacidad del proceso de salida. En la práctica, muchos sistemas de ESP pueden alimentar un tanque, o una tubería de conducción. A medida que la productividad de los distintos pozos fluctúa, también fluctuará la producción total de todas las unidades ESP vistas como un sistema. En algunos casos, se necesitan combinar las tasas de producción fluctuantes de muchos pozos para crear un sistema de producción relativamente constante. Con los VSD, esto puede lograrse fácilmente. Cada VSD monitorea la producción de su propio pozo y recibe una cierta demanda del controlador del sistema. Cuando un pozo de ESP declina en productividad y debe desacelerarse, otro con una productividad más alta puede acelerarse para mantener un nivel de producción constante del sistema global. Cuando se logra esto, las tensiones en las tuberías de conducción se comportan bien y los controles de procesos no tienen que preocuparse por niveles de entrada fluctuantes.

Equipo en Fondo de Pozo Aislado En cualquier instalación de ESP, una de las preocupaciones primarias es la larga vida del equipo debido al costo de extraer y volver a instalar un sistema, sin mencionar la pérdida en producción o el costo del equipo en sí. Por estas razones, se deben tomar las medidas necesarias para asegurar la vida útil más larga posible del sistema de ESP. Las fluctuaciones en el sistema de alimentación son una de las causas principales de fallas prematuras en motores de ESP en aplicaciones de velocidad fija. Esto resulta del hecho de que el motor está conectado a través del contactor directamente a la línea de suministro eléctrico siendo el único aislamiento la impedancia del transformador y del cable. De esa manera, grandes transitorios de voltaje pueden pasar a través del transformador y recorrer el cable para dañar el aislamiento del motor. Cuando se conecta un VSD en el circuito, ocurre un aislamiento automático. El conversor de entrada y el inversor de salida del VSD están efectivamente desacoplados por la filtración pasa bajo en el bus de CC. Además, los transitorios de alta energía abrirán fusibles o incluso destruirán dispositivos semiconductores de estado sólido pero sin salir nunca del gabinete del VSD. Mientras que lo último resulta en una falla del VSD, estas fallas se pueden reparar típicamente en una fracción del tiempo y a una fracción del costo cuando se la compara con una falla de tubería de ESP.

Tensiones de Arranque Reducidas El arranque a través de la línea genera tensiones tanto eléctricas como mecánicas mecáni cas para los motores de ESP. Dependiendo de la combinación de las impedancias del sistema de entrada y del cable en el pozo, las avalanchas de corriente de magnetización ( inrush inrush)) pueden ser de siete a diez veces la capacidad de corriente de entrada de carga máxima del motor. Siendo el momento torsión del pueden motor directamente proporcional a la los valores de momento de torsión de instantáneos ser muy altos. Esto resulta encorriente, fatiga mecánica, lo cual puede llevar posiblemente a falla del eje. Es también resultado de la alta avalancha de corriente de

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magnetización el calentamiento extra durante el arranque. Esto es particularmente problemático si se requieren intentos de arranque repetidos debido a condiciones de arranque difíciles. Finalmente, las grandes avalanchas de corriente durante el arranque pueden crear “caídas” o “retrasos” en el voltaje del sistema de suministro. Estas fluctuaciones en el sistema de voltaje pueden ocasionar problemas con otros usuarios. Con un VSD, se pueden controlar los niveles máximos de corriente durante el arranque. De esta manera, se desarrollar momento significa de torsión de arranque mínimoluego requerido. El nivel Se reducido de puede corriente durante el arranque menos calor residual del arranque. puede esperar una mejor vida útil del sistema a partir de estas dos reducciones.

Interfase con Sistema de Suministro Cuando se especifica un VSD, es deseable no introducir problemas en el sistema de suministro que pudiera interactuar con el resto de los usuarios en el sistema. Las interacciones no deseables son principalmente un pobre factor de potencia de entrada y una alta distorsión de corriente de entrada. Un factor de potencia pobre lleva a niveles de corriente de entrada innecesariamente altos reduciendo en consecuencia la capacidad global del sistema para servir a otras cargas. La distorsión de la corriente de entrada que se inyecta en el sistema de suministro puede reducir la vida útil de otros equipos conectados al sistema u ocasionar el malfuncionamiento de dispositivos electrónicos. Factor de Potencia de Entrada El factor de potencia de entrada de cualquier instalación eléctrica es por definición la proporción de potencia real entregada medida en kilovatios (kW) a la potencia aparente medida en kilovoltio-amperes (KVA). Se denomina a esto factor de potencia total (TPF). En el caso de cargas tradicionales de motor, esto se reduce al desplazamiento en tiempo o el ángulo de fase entre las formas de onda del voltaje y la corriente. El coseno del ángulo de desplazamiento es entonces el factor de potencia de desplazamiento (DPF). Si no Displacement hay armónicas presentes, el DPF KVAR  multiplicado por la potencia aparente en KVA da la potencia real en kW. Cuando hay armónicas presentes, el tema del factor de potencia se hace un poco más complicado, Total KVA y está compuesto de tres factores. Además del componente potencia real y del KW componente reactivo desplazamiento, medido en kilovoltio-amperes-reactivo Distortion KVAR  (KVAR), las armónicas agregan el componente distorsión también medido en KVAR. En otras palabras, ahora tenemos tres componentes del factor de potencia:   factor de potencia total, factor de potencia de desplazamiento y factor de potencia Figura 28: Diagrama tridimensional de Factor armónica (HPF). En la Figura 28, el de Potencia diagrama tridimensional muestra la relación entre estos tres componentes y la potencia aparente total en KVA.2  Las compañías eléctricas se interesan por el factor de potencia total. Este número describe la relación la corriente que ellosdedeben entregar y la parte ellos pueden ende realidad cobrarle entre en términos de consumo energía. Si el DPF, HPFque o una combinación ambos ocasionan que el TPF sea bajo, la capacidad del sistema de suministro es consumida por

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corriente reactiva que no entrega energía. Para compensar, la compañía eléctrica cobrará a veces un cargo por corrección de factor de potencia, e instalará capacitores de corrección de factor de potencia (PFCC) cerca de la carga con un factor de potencia pobre.

Distorsión de Corriente de Entrada Uno de los temas de los que más se habla en la aplicación de VSD hoy en día es la distorsión de la corriente de entrada, y el cumplimiento con las especificaciones de armónicas. De estas especificaciones, ninguna se cita más frecuentemente quedella estándar IEEE519-1992. El estándar definiciones, prácticas sugeridas, y ejemplos. La filosofía es directa: cada 519 da consumidor individual de suministro eléctrico debe controlar su distorsión de corriente, y la compañía eléctrica podrá entonces suministrar voltaje adecuadamente libre de distorsión a todos sus usuarios. Para lograr este objetivo, el estándar recomienda niveles de distorsión de corriente para cada usuario en base a la medida relativa de la carga para la capacidad del sistema. Estos valores de distorsión de corriente se detallan en la tabla más citada del estándar que se muestra aquí en la Figura 29. En la parte izquierda de la tabla está la proporción de cortocircuito del sistema a corriente de carga. Esto determina la medida relativa del sistema a la carga. En la la parte derecha de la tabla están los valores respectivos permitidos de distorsión de demanda total (TDD). En el medio están los límites de orden de armónicas individuales. Es fácil ver a partir de la tabla que cuanto más grande se hace la carga respecto del sistema, más estrictos se hacen los requerimientos. La TDD difiere de la distorsión armónica total (THD) de la siguiente manera: THD se refiere a un valor instantáneo con magnitudes armónicas comparadas al valor de corriente fundamental presente. TDD se refiere a valores armónicos comparados al valor de corriente de demanda. Esto es útil en el cumplimiento del estándar, puesto que una operación infrecuente a niveles de baja velocidad, generando más armónicas, será compensada por una operación a niveles de alta velocidad, generando menos armónicas. También es digno de notar el hecho de que los límites de armónicas individuales citados son para corrientes armónicas características. Los límites de corrientes armónicas no características son más estrictos. Las armónicas características de un conversor son aquéllas con órdenes armónicos definidos por el número de pulsos del conversor multiplicado por cualquier entero, y uno siendo luego sumado o restado a ese resultado. Es decir h = kq ± 1 donde h es el orden armónico, k es un entero cualquiera y q es el número de pulsos pul sos del conversor. A partir de esta ecuación, las armónicas características de un conversor de seis pulsos son entonces la quinta, séptima, undécima, decimotercera y así sucesivamente.

Current Distortion Limits for General Distribution Systems (120 V Through 69 000 V) Maximum Harmonic Current Distortion  in Percent of IL Individual Harmonic Order (Odd Harmonics)

Isc/IL