-
Julio - 2014
AREA DE ELECTRICIDAD INSTRUMENTACION Y AUTOMATIZACION
Willmer Vasquez Maguia
Variadores de Velocidad de MT y BT utilizados en Antamina
-
Antamina: 2
VARIADORES DE MT Y BT -
ANTAMINA
-
Antamina: 3
Seguridad
Salidas
Extintores
S
SPACER
Propsito Conocer
Variadores de
velocidad de MT y BT
utilizados en
Antamina.
P
Agenda A
5 m. Introduccin 25m.Presentacin 10 min. Preguntas
Cdigo de Conducta C
Respeto
Participacin
Celulares
Expectativas E
Retroalimentacin
Participacin
Roles R
Control de tiempos
Facilitador
-
Antamina:
ndice General
1. Introduccin
2. Estadstica Antamina
3. Modos de control
4. Clasificacin de variadores de
velocidad
5. Variadores MV 1557 PF7000
6. Normativas de control de
armnicos
4
-
Antamina: 5
1.Intoduccion y aplicaciones de
Variadores de Velocidad de MT y BT
FAJAS TRANSPORTADORAS
240-CVB-004
BOMBAS DE PULPA
310-PPS-611
-
Antamina:
1.0 Introduccin
El motor de induccin es hoy el motor elctrico
ms econmico y eficiente, por lo que es el ms
popular en la industria.
Los Variadores de velocidad han venido a
resolver el problema de poder usar los motores
a velocidades variables sin 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
energa cuya misin es controlar la energa que
se proporciona al motor.
Estos equipos aseguran una aceleracin y
deceleracin progresivas y permiten fijar con
precisin la velocidad en las condiciones de
operacin
6
-
Antamina:
1.1 Evolucin de aplicaciones de
tecnologias.
7
Restato de arranque
Rectificador para alimentar motores DC
Convertidores de frecuencia
-
Antamina:
1.2 Conceptos principales
8
La utilizacin de variadores de velocidad actualmente comprende
el mtodo ms
eficiente para controlar la velocidad de los motores de
induccin.
Los variadores transforman la tensin de la red, de amplitud y
frecuencia
constantes, en una tensin de amplitud y frecuencia variables.
Con la variacin de la
frecuencia y la tensin de alimentacin, se varia tambin la
velocidad del campo giratorio
y consecuentemente la velocidad mecnica de rotacin de la
maquina.
Componentes del variador de velocidad
-
Antamina:
1.2 Conceptos principales :
9
Rectificador: Partiendo de la red de suministro de CA trifsica,
se obtiene C.C. mediante tiristores o
transistores del rectificador.
Bus de continua: Condensadores de gran capacidad (y a veces
tambin bobinas),almacenan y filtran la
c.c. rectificada, para obtener un valor de tensin contina
estable, y reserva de energa suficiente para
proporcionar la intensidad requerida por el motor.
Etapa de inversin : Desde la tensin del bus de continua, un
ondulador convierte esta energa en una
salida trifsica, con valores de tensin, intensidad y frecuencia
de salida Variables.
Se usan principalmente transistores bipolares, IGBT, tiristores
(SCR), GTO.
Las seales de salida, se obtiene por diversos procedimientos
como troceado, mediante ciclo
convertidores, o seales de aproximacin senoidal mediante
modulacin por anchura de impulsos PWM.
-
Antamina:
1.3 Ecuaciones en motores de
induccin
10
Velocidad sncrona 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 sncrona, al
ser motores asncronos. La diferencia entre y , se denomina
Deslizamiento, ( 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),
podra
girar, con variacin de frecuencia entre 5 y 120 Hz a
velocidades
comprendidas entre: n = (1206) /4= 180 y n = (120120) /4= 3600
rpm
-
Antamina: 12
2. Estadsticas Antamina
-
Antamina:
2.1 APLICACIONES
13
-
Antamina:
2.2 Variadores de velocidad en
Antamina
14
VARIADORES DE MT 4160V
Variador ALLEN BRADLEY MV1557
Variador Power Flex 7000.
VARIADORES DE BT (480V)
ACS 600
ACS 800
-
Antamina:
2.3 Variadores de velocidad en
Antamina de MT
15
GERENCIA
AREA
ACTUALIZADO
Codigo
Motor
Codigo
Variador
Sala
Elctrica
Potencia
Motor HPModelo Variador
Breve explicacin de la
funcin del motor
220-CVB-001A 220-AFM-128 ER-02 1750 MVD1557 Movimiento de la
faja 01
220-CVB-001B 220-AFM-129 ER-02 1750 MVD1557 Movimiento de la
faja 01
220-CVB-001C 220-AFM-130 ER-02 1750 MVD1557 Movimiento de la
faja 01
220-CVB-001D 220-AFM-131 ER-02 1750 PF7000/Forge Movimiento de
la faja 01
230-CVB-002 230-AFM-674 ER-02 1000 PF7000/Forge Movimiento de la
faja 02
235-CVB-623A 235-AFM-624 ER-02 800 PF7000/Forge Movimiento de la
faja 623
235-CVB-624 235-AFM-625 ER-02 1400 PF7000/Forge Movimiento de la
faja 624
240-CVB-004 240-AFM-176 ER-03 300 MVD1557 Movimiento de la faja
04
240-CVB-004 240-AFM-176B ER-03 300 PF70000/Classic Movimiento de
la faja 04
245-CVB-626 245-AFM-629A ER-03B PF7000/Forge Movimiento de la
faja 626
245-CVB-626 245-AFM-629B ER-03B PF7000/Forge Movimiento de la
faja 626
PRINCIPALES MOTORES MV CON FUNCIONAMIENTO VFDs
COMPAA MINERA ANTAMINA
MANTENIMIENTO CONCENTRADORA
ELECON -MANTENIEMIENTO ELECTRICIDAD
11/03/2013
Total variadores funcionando = 43
-
Antamina: 16
3.Modos de control de variadores de
velocidad
-
Antamina: 17
Par de carga constante:
Torque=constante; se da en
sistemas que tienen siempre el
mismo par resistente, como molinos,
bombas de pistn, fajas
transportadoras.
Par de carga cuadrtico: ; el par es proporcional al cuadrado
de la velocidad. Esta caracterstica
se observa en ventiladores, motores
de bombas centrfugas, etc.
Potencia constante: (P = M cte); El par disminuye al aumentar
la
velocidad, para mantener la potencia
constante. Este tipo de demanda, se
da en mquinas herramienta (corte),
bobinadoras, laminacin, etc.
3.1 Caractersticas de carga tpicas:
-
Antamina:
3.2 Modos de operacin de un variador
Los variadores de velocidad pueden ser:
Unidireccionales: Hacen funcionar un motor en un solo
sentido de rotacin. Son variadores convencionales
generalmente no reversibles.
Un convertidor indirecto que tiene un chopper de frenado y
una resistencia convenientemente dimensionada sirven
perfectamente para un frenado momentneo.
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 cuando pueden recuperar
la energa del motor al funcionar como generador (modo
frenado).
La reversibilidad se obtiene o retornando la energa hacia
la red (puente de entrada reversible), o disipando la
energa recuperada en una resistencia con un chopper de
frenado.
18
-
Antamina:
3.2 Modos de control del variador
En la planta existen varios tipos de
convertidores que aplican
diferentes tecnologas para el
control de los motores elctricos
como son :
El Control Escalar
Control Directo del Torque (ABB ACS600, ACS 800),
El Control Vectorial (1557, Power Flex7000).
19
-
Antamina:
3.2 Modos de control en Variadores
EL CONTROL ESCALAR
Impone en el motor una determinada
tensin/frecuencia, tratando de mantener
la relacin V/f constante, o sea, el motor
trabaja con flujo aproximadamente
constante.
El control escalar es lo ms utilizado
debido a su simplicidad y debido a que la
gran mayora de las aplicaciones no
requiere alta precisin y/o rapidez en el
control de la velocidad.
20
EL CONTROL VECTORIAL
Posibilita atender un elevado grado de
precisin y rapidez en el control del par y
de la velocidad del motor. El control
descompone la corriente del motor en
dos vectores:
Uno que produce el flujo de magnetizacin
Otro que produce par motor.
Se regula separadamente el par y el flujo.
El control vectorial puede ser realizado en
sensorless o con realimentacin.
El control escalar slo considera las
amplitudes de los parmetros elctricos
instantneos (flujos, corrientes y tensiones),
refirindolas al estator, y su clculo est
basado en el circuito equivalente del motor, o
sea, son ecuaciones de rgimen permanente.
El control vectorial admite la representacin de
las magnitudes elctricas instantneas por
vectores, basado en las ecuaciones dinmicas de
la mquina, el motor de induccin es visto por el
control vectorial como un motor de corriente
continua, habiendo regulacin independiente para
par y flujo
-
Antamina:
3.3 Control Vectorial Directo
La intencin del control vectorial es lograr un funcionamiento
similar al
de una mquina DC, en la cual el torque puede ser modificado
rpidamente sin afectar el flujo. Para ello la corriente del
estator es
descompuesta en componentes productoras de flujo y productoras
de
torque, las cuales son controladas independientemente.
T=ktIa
E=ken
Ecuaciones Motor DC
-
Antamina: 22
4.Clasificacion de variadores de
velocidad
-
Antamina:
4.1 Configuracin del tipo variador
23
6 Pulsos
12 Pulsos
18 Pusos
AFE (front end activo) o
conocido tambien como
Rectificador PWM
Tipo VSI
Tipo CSI
Conexin del
transformador - Y -
Conexin del
transformador -Y
Conexin del
transformador -
El rectificador activo necesita de un
patrn de conmutacin .El patrn
empleado se emplea para la
eliminacin selectiva de harmnicos
(SHE), el cual elimina los harmnicos
5, 7 y 11
Inversores con fuente de voltaje
Inversores con fuente de corriente
Configuracin
del
Variador
Segn Tipo Rectificador
Segn Tipo Inversor
Por Pulsos
(Utilizan Transformadores)
-
Antamina:
4.2 Rectificador de 6 pulsos
24
Incorpora un transformador de
aislamiento de conexin - Y . En Antamina todos los Variadores de
MT Allen Bradley
MV1557 tienen esta
configuracin. Utilizando SCRs
en la etapa de rectificacin y
GTOs en la etapa de Inversin.
-
Antamina:
4.3 Rectificador de 12 pulsos
25
Un variador doce pulsos incorpora dos puentes rectificadores
independientes, los
cuales deben ser alimentados por dos fuentes de tensin
independientes, que tienen
un desfase entre s de 30. Esta topologa es lograda con la
utilizacin de un
transformador con un primario y dos secundarios segn la figura
(Dy11d0, Dy5d0,
Yy0d11,Yy0d5)). En Antamina No se cuenta con este modelo de
variador
El desfase de 30 de los
dos transformadores
logra que las
componentes armnicas
5 y 7 tengan igual
magnitud, pero desfase
de medio ciclo exacto,
con lo que son
eliminadas al ser
sumadas en el primario
del transformador
-
Antamina:
4.4 Rectificador de 18 pulsos.
26
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 eliminar armnicos
de orden menor. Antamina
cuenta con 04 variadores de este
tipo, 310-PPS-611,612,613,614.
-
Antamina: 27
4.5 Rectificador de 18 pulsos.
1
2 3 4
1. Transformador de
aislamiento de 18
pulsos
2. Sistema de control del
variador.
3. Etapa de rectificacin
con componentes
SCRs
4. Etapa de inversin con
componentes SGCTs.
5. Ventiladores del
sistema de potencia del
variador
5
-
Antamina:
4.6 Anlisis de la calidad de energa de
diferentes configuraciones del rectificador
28
-
Antamina:
4.7 Rectificador Front End Activo
(rectificador AFE)
Un rectificador de frente activo
(AFE) comnmente 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.
29
-
Antamina:
4.8 Configuracin del variador segn
el tipo de Inversor Los conversores DC/AC 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 tecnologas. Tal
como se muestra se cuenta con variadores:
ABB (Para motores BT- Tecnologa VSI ): Utiliza IGBTs en los
sistemas de rectificacin e
inversin.
Rockwell(Para motores MT- Tecnologa CSI): Utiliza SGCT en los
sistemas de rectificacin e
inversin
30
-
Antamina: 31
5. 0 variadores de velocidad 1557 y PF
7000
-
Antamina: 32
Variador AB/MVD1557- 6 pulsos
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
rectificacin como se
Muestra en la imagen.
-
Antamina: 33
Variador PF7000 - Modelo Forge
Etapa de Potencia
Un variador PF7000 cuenta con SGCT
en la etapa de rectificacin e inversin.
Cuenta con un rectificador tipo PWM,
tiene una reactancia trifsica en AC en
la entrada del lado lnea. Tiene filtros
pasivos tanto en lado lnea y maquina.
Al igual que el modelo 1557 cuenta con
una reactancia DC llamada : DC Link
-
Antamina:
Redes Snubbers
34
Los tiristores son sensibles a las sobretensiones,
a las sobrecorrientes y en general a cualquier
forma de transitorios tanto en su magnitud como
en su velocidad de variacin ("derivadas") tales
como
,
Las redes snubbers se utilizan para suprimir
transitorios indeseables utiliza elementos
inductivos , resistivos y capacitivos.
Si no se suprimen las sobretensiones transitorias
se pueden puede ocasionar, entre otras
consecuencias:
La puesta en conduccin indeseada de los tiristores
Exceder los lmites de los dispositivos y producir su degradacin
o destruccin.
-
Antamina: 35
6.0 Normativa de control de armnicos
-
Antamina:
Normativa Limites de Armnicos
IEEE 519
Prcticas recomendadas y requerimientos para el control de los
armnicos en sistemas
de potencia elctrica
Gua de utilizacin.
36
IEC/EN 61800-3
Normativa Internacional para variadores
de velocidad
Hace referencia a la IEC 61000-3-2 ,
informe tcnico IEC 61000-3-4 y IEC
61000-3-12
-
Antamina: 37
Normativa Limites de Armnicos
-
Antamina:
Tcnicas para limitar el flujo de
armnicos en variadores
-
Antamina:
ELIMINACIN DE ARMONICOS DE ORDEN MAYOR
En el siguiente
diagrama unifilar
se observan 2
filtros capacitivos
de 700KVAR y
500KVAR en
lado lnea y mquina respectivamente.
Estos filtros
permiten eliminar
armnicos en lado lnea y maquina.
Eliminacin 17, 19, 23, 29, 31Armnica
-
Antamina:
Conexiones de Transformadores para
Eliminar Armnicas:
-
Antamina:
CONEXIONES DE TRANSFORMADORES PARA
ELIMINAR ARMONICOS
-
Antamina:
CONEXIONES DE TRANSFORMADORES PARA
ELIMINAR ARMONICOS
-
Antamina:
CONEXIONES DE TRANSFORMADORES PARA
ELIMINAR ARMONICOS
-
Antamina:
Conexin - Conexin - Y
325-AFM-292 325-AFM-293
CONEXIONES DE TRANSFORMADORES PARA
ELIMINAR ARMONICOS
VARIADORES ALLEN BRADLEY MV1557
-
Antamina:
CONEXIONES DE TRANSFORMADORES PARA ELIMINAR
ARMONICOS: FAJA 220-CVB-001
-
Antamina:
CONEXIONES DE TRANSFORMADORES PARA
ELIMINAR ARMONICOS EN MV DE 6 PULSOS
En una configuracin de 6 pulsos, hace falta un numero par de
transformadores de aislamiento que se alimenten de forma
independiente a cargas no lineales similares,
ambos transformadores deben alimentarse del mismo bus, de esta
manera se logran
eliminar los armnicos de bajo orden. Esta configuracin se
asemeja a la
configuracin de 12 pulsos.
-
Antamina:
CONEXIONES DE TRANSFORMADORES PARA
En una configuracin de 12 pulsos, hace falta un transformador de
aislamiento con devanados mltiples para mitigar los harmnicos de
bajo nivel usando los principios de desplazamiento de fases.
0
-30
0
-150
0
--180
60Hz 300Hz Lado primario
-
Antamina:
CONEXIONES DE TRANSFORMADORES PARA
ELIMINAR ARMONICOS EN PF7000 DE 18 PULSOS
En una configuracin de 18 pulsos, hace falta un transformador de
aislamiento con devanados mltiples para mitigar los harmnicos de
bajo nivel usando los principios de desplazamiento de fases.
0
20
-20
100
0
-100
120
0
-120
60Hz 300Hz Lado primario
-
Antamina: 49
Fin de la presentacin
Gracias
