Presentacion de Variadores de Velocidad de MT y BT Utilizados en Antamina

 

AREA DE ELECTRICIDAD INSTRUMENT INSTRUMENTACION ACION Y AUTOMA AUTOMATIZACI TIZACION ON Variadores de Velocidad de MT y BT utilizados en Antamina

Willmer Vasquez Maguiña Julio Jul io - 201 2014 4

 

 VARIADORES  V ARIADORES DE MT Y BT  ANTAMIN  ANT AMINA  A 

Antamina:: Antamina

2

 

SPACER C Código de Conducta

S Seguridad • •

Salidas Extintores

•

Respeto Participación

•

Celulares

•

Expectativas P

Propósito

•

Conocer  –

E

Variadores de velocidad de MT y BT utilizados en  Antamina.

A

•

Retroalimentación

•

Participación

•

Control de tiempos

•

Facilitador 

R Roles

Agenda • • •

5 m. Introducción 25m.Presentación 10 min. Preguntas

Antamina Antamina::

3

 

Índice General 1.

Introducción

2.

Estadística Antamina

3.

Modos de control

4. Clasificación de variadores de  velocidad 5. Variadores MV 1557  –  PF7000 6. Normativas de control de armónicos

Antamina Antamina::

4

 

1.Intoduccion y aplicaciones de Variadores de Velocidad de MT y BT

FAJAS TRANSPO TRANSPORT RTADORAS ADORAS

BOMBAS DE PULPA

240-CVB-004

310-PPS-611 Antamina Antamina::

5

 

1.0 Introducción El motor de inducción es hoy el motor eléctrico más económico y eficiente, por lo que es el más popular en la industria. Los Variadores de velocidad han venido a resolver el problema de sin poder usar los motores a velocidades variables disminuir mayormente su eficiencia, con lo que ahora estos motores conectados a estos equipos permiten ser usados en aplicaciones especiales. Un variador de velocidad es un convertidor de energía cuya misión es controlar la energía que se proporciona al motor. Estos equipos aseguran una aceleración y deceleración progresivas y permiten fijar con precisión la velocidad en las condiciones de operación Antamina:: Antamina

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1.1 Evolución de aplicaciones de tecnologias.

Convertidores de frecuencia

Rectificador para alimentar motores DC Reóstato de arranque

Antamina Antamina::

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1.2 Conceptos principales La utilización de variadores de velocidad v elocidad actualmente comprende el método más eficiente para controlar la velocidad de los motores de inducción. Los variadores transforman la tensión de la red, de amplitud y frecuencia constantes, en una tensión de amplitud y frecuencia variables. Con la variación de la frecuencia y la tensión de alimentación, se varia también la velocidad vel ocidad del campo giratorio y consecuentemente la velocidad mecánica de rotación de la maquina. Componentes del variador de velocidad

Antamina:: Antamina

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1.2 Conceptos principales :

Rectificador: Partiendo de la red de suministro de CA trifásica, se obtiene C.C. mediante tiristores o transistores del rectificador rectificador.. Bus de continua: Condensadores de gran capacidad (y a veces también bobinas),almacenan y filtran la c.c. rectificada, para obtener un valor de tensión continúa estable, y reserva de energía suficiente para proporcionar la intensidad requerida por el motor. Etapa de inversión : Desde la tensión del bus de continua, un ondulador convierte esta energía en una salida trifásica, con valores de tensión, intensidad y frecuencia de salida Variables. Variables. Se usan principalmente transistores bipolares, IGBT IGBT,, tiristores (SCR), GTO. Las señales de salida, s alida, se obtiene por diversos proc procedimientos edimientos como troceado, mediante ciclo convertidores, o señales de aproximación senoidal mediante modulación por anchura de impulsos PWM. Antamina Antamina::

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1.3 Ecuaciones en motores de inducción Velocidad síncrona del motor (n):.    =

  120 

Donde n=velocidad en rpm

f =frecuencia de la red en Hertz.  p= numero de polos del motor  La velocidad real () de giro siempre es menor que la síncrona, al ser motores asíncronos. La diferencia entre  y , se

denomina Deslizamiento, (σ ó s) que se expresa en porcentaje de rpm.

Los motores se fabrican para una velocidad de trabajo determinada, pero mediante el variador de velocidad puede controlarse de manera progresiva. Por ejemplo, un motor de 60 Hz y 1500 rpm (4 polos), podría girar,, con variación de frecuencia entre 5 y 120 Hz a velocidades girar comprendidas entre: n = (120·6) /4= 180 y n = (120·120) /4= 3600 rpm Antamina:: Antamina

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2. Estadísticas Antamina

Antamina Antamina::

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2.1 APLICACIONES

Antamina:: Antamina

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2.2 Variadores de velocidad en Antamina VARIADORES DE MT 4160V 

Variador ALLEN BRADLEY MV1557



Variador Power Pow er Flex 70 7000. 00.

VARIADORES DE BT (480V) 

ACS 600



ACS 800

Antamina:: Antamina

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2.3 Variadores de velocidad en Antamina de MT COMPAÑÍA MINERA ANTAMINA MANTENIMIENTO CONCENTRADORA ELECON -MANTENIEMIENTO ELECTRICIDAD

GERENCIA  AREA

11/03/2013 PRINCIPALES MOTORES MV CON FUNCIONAMIENTO VFDs  ACTUALI  ACT UALIZAD ZADO O

Codigo Motor 

Codigo  Variador 

Sala Potencia Modelo Variador  Eléctrica Motor HP

Breve explicación de la función del motor 

220-CVB-001A 220-AFM-128

ER-02

1750

MVD1557

Movi m i ento de la faj a 01

220-CVB-001B 220-AFM-129

ER-02

1750

MVD1557

Movi m i ento de la faj a 01

220-CVB-001C 220-AFM-130

ER-02

1750

MVD1557

Movi m i ento de la faj a 01

220-CVB-001D 220-AFM-131

ER-02

1750

PF7000/Forge

Movi m iie ento de la faj a 01

230-CVB-002 230-AFM-674 235-CVB-623A 235-AFM-624

ER-02 ER-02

1000 800

PF7000/Forge PF7000/Forge

Movi m iie ento de la faj a 02 Movi m iie ento de la faj a 623

235-CVB-624

235-AFM-625

ER-02

1400

PF7000/Forge

Movi m iie ento de la faj a 624

240-CVB-004

240-AFM-176

ER-03

300

240-CVB-004

240-AFM-176B

ER-03

300

245-CVB-626

245-AFM-629A

ER-03B

PF7000/Forge

Movi m i ento de la faj a 626

245-CVB-626

245-AFM-629B

ER-03B

PF7000/Forge

Movi m i ento de la faj a 626

MVD1557

Movi m i ento de la faj a 04

PF70000/Cl as si si c Movi m ie iento de de la la fa faj a 04 04

Total variador variadores es funcionando funcion ando = 43

Antamina:: Antamina

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3.Modos de control de variadores de velocidad

Antamina Antamina::

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3.1 Características de carga típicas: Par de carga constante: Torque=constante; se da en sistemas que tienen siempre el mismo par resistente, como molinos, bombas de pistón, fajas transportadoras. Par de carga cuadrático:  ∝  ; el par es proporcional al cuadrado de la velocidad. Esta característica se observa observa en ventiladore ventiladores, s, motores motores de bombas centrífugas, etc. Potencia constante: (P = M·ω cte); El par disminuye al aumentar la velocidad, para mantener la potencia constante. Este tipo de demanda, se da en máquinas herramienta (corte), bobinadoras, laminación, etc. Antamina:: Antamina

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3.2 Modos de operación de un variador  Los variadores de velocidad pueden ser: Unidireccionales: Hacen funcionar un motor en un solo sentido de rotación. Son variadores convencionales generalmente no reversibles. Un convertidor indirecto que tiene un chopper de frenado y una resistencia convenientemente convenientemente dimensionada sirven perfectamente para un frenado momentáneo. Bidireccionales: Pueden hacer funcionar en los dos sentidos de la marcha. Este tipo de variador puede ser un convertidor reversible o no reversible. Los variadores son «reversibles «reversibles» » cuando pueden recuperar la energía del motor al funcionar como generador (modo frenado). La reversibilidad se obtiene o retornando la energía hacia la red (puente de entrada reversible), o disipando la energía recuperada en una resistencia con un chopper de frenado.

Antamina Antamina::

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3.2 Modos de control del variador  En la planta existen varios tipos de convertidores que aplican diferentes tecnologías para el control de los motores eléctricos como son : El Control Escalar • Control Directo del Torque (ABB •  ACS600, ACS 800), •

El Control Vectorial (1557, Power Flex7000).

Antamina:: Antamina

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3.2 Modos de control en Variadores EL CONTROL ESCALAR Impone en el motor una determinada tensión/frecuencia, tratando de mantener constante , o sea, el motor la relación V/f constante, trabaja con flujo aproximadamente

EL CONTROL VECTORIAL Posibilita atender un elevado grado de precisión y rapidez en el control del par y de la velocidad del motor. El control descompone la corriente del motor en

constante. El control escalar es lo más utilizado debido a su simplicidad y debido a que la gran mayoría de las aplicaciones no requiere alta precisión y/o rapidez en el control de la velocidad.

dos vectores: • Uno que produce el flujo de magnetización • Otro que produce par motor. Se regula separadamente el par y el flujo. El control vectorial puede ser realizado en “sensorless”

o con realimentación.

El control escalar sólo considera las amplitudes de los parámetros eléctricos instantáneos (flujos, corrientes y tensiones), refiriéndolas al estator, y su cálculo está basado en el circuito equivalente del motor, o

El control vectorial admite la representación de las magnitudes eléctricas instantáneas por vectores, basado en las ecuaciones dinámicas de la máquina, el motor de inducción es visto por el control vectorial como un motor de corriente

sea, son ecuaciones de régimen permanente.

continua, par y flujohabiendo regulación independiente para Antamina Antamina::

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3.3 Control Vectorial Directo La intención del control vectorial es lograr un funcionamiento similar al de una máquina DC, en la cual el torque puede ser modificado rápidamente sin afectar el flujo. Para ello la corriente del estator es descompuesta en componentes productoras de flujo y productoras de torq to rque ue,, la lass cual cuales es so son n co cont ntro rola lada dass in inde depe pend ndie ient ntem emen ente te..

Ecuaciones Motor DC ФI T=kt a

E=keФn

Antamina:: Antamina

 

4.Clasificacion de variadores de velocidad

Antamina Antamina::

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4.1 Configuración del tipo variador  6 Pulsos Por Pulsos (Utilizan Transformadores)

12 Pulsos 18 Pusos

Conexión del transformador ∆- Y ó ∆-∆

Conexión del transformador ∆-∆Y

Conexión del transformador ∆-∆∆∆

Según Tipo Rectificador El rectificador activo necesita de un AFE (front end activo) o

Configuración

conocido tambien como

del

Rectificador Rectif icador PWM

Variador

patrón de conmutación .El patrón empleado se emplea e mplea para la eli eliminación minación selectiva de harm harmónicos ónicos (SHE), el cual elimina el imina los harmónicos 5, 7 y 11

Tipo VSI

Inversores Inversor es con fuente de voltaje

Tipo CSI

Inversores con fuente de cor corriente riente

Según Tipo Inversor

Antamina:: Antamina

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4.2 Rectificador de 6 pulsos Incorpora un transformador de aislamiento de conexión ∆ − ∆ ó ∆ - Y . En Antamina todos los Variadores de MT Allen Bradley MV1557 tienen esta configuración. Utilizando SCRs en la etapa de rectificación y GTOss en la etapa de Inversión. GTO Inversión.

Antamina Antamina::

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4.3 Rectificador de 12 pulsos Un variador doce pulsos incorpora dos puentes rectificadores independientes, los cuales deben ser alimentados por dos fuentes de tensión iindependientes, ndependientes, que tienen un desfase entre sí de 30º. Esta topología es lograda con la utilización util ización de un transformador con un primario y dos secundarios según la figura (Dy1 (Dy11d0, 1d0, Dy5d0, Yy0d11,Yy0d5)). En Antamina No se cuenta con este modelo de variador  El desfase de 30º de los dos transformadores logra que las componentes armónicas 5 y 7 tengan igual magnitud, peroexacto, desfase de medio ciclo con lo que son eliminadas al ser sumadas en el primario del transformador 

Antamina Antamina::

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4.4 Rectificador de 18 pulsos. Un rectificador de 18 pulsos incorpora 3 transformadores de aislamiento con desfasaje especial de +20°, 0°, -20°, usando los principios de desplazamiento de fases se logran logr an eliminar elimin ar armónicos armónicos de orden menor. Antamina cuenta con 04 variadores de este tipo, 310-PPS-611,612,613,614.

Antamina Antamina::

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4.5 Rectificador de 18 pulsos. 1. Tra rans nsfo form rma ador dor de

5

aislamiento de 18 pulsos 2. Si Sist stem ema a de cont contro roll de dell variador. 3. Et Etap apa a de re rect ctifific icac ació ión n

1

con componentes SCRs

4 2

3

4. Et Etap apa a de inve invers rsió ión n con con componentes componen tes SGCT SGCTs. s. 5. Ven enttilad ilador ore es de dell sistema de potencia del variador  Antamina Antamina::

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4.6 Análisis de la calidad de energía de diferentes configuraciones del rectificador 

Antamina Antamina::

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4.7 Recti Rectificad ficador or Fron Frontt End End Activo (rectificador AFE) Un rectificador de frente activo (AFE) comúnmente se denomina como un rectificador PWM. Estos rectificadores no requieren de un transformador de aislamiento para poder cumplir con los requerimiento de la norma IEEE519.

Antamina Antamina::

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4.8 Configuración del variador según el deDC/AC Inversor  Los tipo conversores se clasifican como:  

Inversores con fuente de voltaje (VSI): Utilizan como enlace CC condensadores de potencia. Inversores con fuente de corriente (CSI).

Utilizan como enlace CC reactancias DC Los CSI se usan en sistemas de alta potencia, los VSI se reservan para aplicaciones en baja y mediana potencia. En Antamina contamos con ambas tecnologías. Tal como se muestra se cuenta con variadores:   ABB (Para motores motores BTBT- Tecno Tecnología logía VSI VSI ): Utiliza IGBTs en los sistemas de rectificación rectificaci ón e inversión. motores es MT- Tecno Tecnología logía CSI CSI):  Rockwell(Para motor Utiliza SGCT en los sistemas de rectificación rectificaci ón e inversión Antamina Antamina::

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5. 0 variadores de velocidad 1557 y PF 7000

Antamina:: Antamina

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Variador AB/M Variador AB/MVD1 VD1557557- 6 puls pulsos os Etapa de Potencia

Un tiristor de 6 pulsos con fases con control de fases por medio de un rectificador con filtros entonados pasivamente. El rectificador de 6 pulsos se utiliza conjuntamente con un transformador de aislamiento de servicio de rectificación como se Muestra en la imagen. Antamina Antamina::

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Variad Vari ador or PF PF70 7000 00 - Mo Mode delo lo Fo Forg rgee Etapa de Potencia

Un variador PF7000 cuenta con SGCT en la etapa de rectificación e inversión. Cuenta con un rectificador tipo PWM, tiene una reactancia trifásica en AC en la entrada del lado línea. Tiene filtros pasivos tanto en lado línea y maquina.  Al igual que el modelo 1557 cuenta con una reactancia reactancia DC llamada : DC Link Antamina:: Antamina

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Redes Snubbers Los tiristores son sensibles a las l as sobretensiones, a las sobrecorrientes y en general a cualquier forma de transitorios tanto en su magnitud como en su velocidad de variación ("derivadas") tales como  

,

 

Las redes snubbers se utilizan para suprimir  transitorios indeseables ut utililiz iza a el elem emen ento toss inductivos , resistivos y capacitivos. Si se suprimen las sobretensiones transitorias se no pueden puede ocasionar ocasionar, , entre otras consecuencias: La puesta en conducción indeseada de los • tiristores • Exceder los límites de los dispositivos y producir su degradación o destrucción. Antamina Antamina::

34

 

6.0 Normativa de control de armónicos

Antamina:: Antamina

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Normativa Limites de Armónicos 

IEEE 519 • Prácticas recomendadas y requerimientos para el control de los armónicos ar mónicos en sistemas de potencia eléctrica •

Guía de utilización.

IEC/EN 61800-3 Normativa Internacional para variadores de velocidad Hace referencia a la IEC 61000-3-2 , 

informe técnico IEC 61000-3-4 y IEC 61000-3-12

Antamina Antamina::

36

 

Normativa Limites de Armónicos

Antamina:: Antamina

37

 

Técnicas para limitar el flujo de armónicos en variadores

Antamina Antamina::

 

ELIMINACIÓN DE ARMONICOS DE ORDEN MAYOR

En el siguiente diagrama unifilar se observan 2 filtros capacitivos de 700KVAR y 500KVAR en lado lí nea nea y máquina respectivamente. Estos filtros  permiten  permite n eliminar armónicos en lado lí nea nea y maquina. Eliminación 17°, 19°, 23°, 29°, 31°…Armónica Antamina:: Antamina

 

Conexiones de Transformadores para Eliminar Armónicas:

Antamina Antamina::

 

CONEXIONES DE TRANSFORMADORES PARA ELIMINAR ARMONICOS

Antamina:: Antamina

 

CONEXIONES DE TRANSFORMADORES PARA ELIMINAR ARMONICOS

Antamina:: Antamina

 

CONEXIONES DE TRANSFORMADORES PARA ELIMINAR ARMONICOS

Antamina:: Antamina

 

CONEXIONES DE TRANSFORMADORES PARA ELIMINAR ARMONICOS

325-AFM-292

Conexión ∆

-∆

325-AFM-293

Conexión ∆

VARIADORES ALLEN BRADLEY MV1557

- Y 

Antamina:: Antamina

 

CONEXIONES DE TRANSFORMADORES PARA ELI ELIMINAR MINAR  ARMONICOS: FAJA 220-CVB-001

Antamina:: Antamina

 

CONEXIONES DE TRANSFORMADORES PARA ELIMINAR ARMONICOS ARMONICOS EN MV DE 6 PULSOS En una configuración de 6 pulsos, p ulsos, hace falta un numero par de transformadores de aislamiento que se alimenten de forma independiente a cargas no lineales similares, ambos transformadores transformadores deben alimentarse del m mismo ismo bus, de esta m manera anera se logran eliminar los armónicos de bajo orden. Esta configuración se asemeja a la configuración de 12 pulsos.

Antamina:: Antamina

 

CONEXIONES DE TRANSFORMADORES P PARA ARA

En una configuración de 12 pulsos, hace falta un transformador de aislamiento con devanados múltiples para mitigar los harmónicos de bajo nivel usando los principios de desplazamiento de fases.

60Hz

300Hz

0

0°

-30

-150°

Lado primario 0

--180°

Antamina:: Antamina

 

CONEXIONES DE TRANSFORMADORES PARA ELIMINAR ARMONICOS ARMONICOS EN PF7000 DE 18 PULSOS En una configuración de 18 pulsos, hace falta un transformador de aislamiento con devanados múltiples para mitigar los harmónicos de bajo nivel usando los principios de desplazamiento de fases.

300Hz

Lado primario

20°

100°

120°

0°

0°

0°

-100°

-120°

60Hz

-20°

Antamina:: Antamina

 

Fin de la presentación Gracias