CAPÍTULO 3VARIADORES DE VELOCIDAD

SEMINARIO TÉCNICO SD7002013

Un variador de frecuencia es un dispositivo electrónico que a través de la variación de la frecuencia de alimentación, varia la velocidad de giro de

motores eléctricos asíncronos trifásicos .

“

“

INTRODUCCIÓN

AHORRO DE ENERGÍA:

Periodos de retorno entre 0 y 3 años, dependiendo del tiempo de funcionamiento y

aplicación

Ahorro de hasta un 60% de energía en comparación con sistemas tradicionales de regulación por válvulas o arranque/paro.

INTRODUCCIÓN

Q

CALIDAD Y MEJORA DE PROCESO PRODUCTIVO:

La introducción de un sistema de control de par y velocidad de motores permite mejorar la calidad y productividad de los proceso.

INTRODUCCIÓN

REDUCCIÓN DE MANTENIMIENTO Y ALARGAMIENTO VIDA ÚTIL DE MOTORES

El alto número de arranques en directo provoca en los motores eléctricos un estrés mecánico y eléctrico. Las sobrecorrientes instantáneas que sufren los motores de inducción reducen su vida útil y aumentan sus costes de mantenimiento

INTRODUCCIÓN

MEJORA DE IMAGEN CORPORATIVA

El consumo eléctrico y de combustibles fósiles se reduce, reduciendo así las emisiones de gases de efecto invernadero de la organización.

INTRODUCCIÓN

2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

La Comisión Europea decide aplicar los requisitos ECO DISEÑO a MOTORES 2-, 4- y 6-polos, de 0.75 y 375 kW en 3 FASES

FASE 1: Todos los MOTORES vendidos debe tener nivel de eficiencia IE2

FASE 2: MOTORES 7.5kW - 375kW vendidos debe tener nivel de eficiencia IE3 o IE2 con CONVERTIDOR DE FRECUENCIA

FASE 3:MOTORES 0.75kW - 375kW vendidos debe tener nivel de eficiencia IE3 o IE2 con CONVERTIDOR DE FRECUENCIA

DIRECTIVA ECODISEÑO EU MEPS

Fuente: ABB

▲ 2 % Eficiencia

EFICIENCIA DE MOTORES

Agua • Petróleo & Gas • Industria & Minería • Alimentación & Bebidas • etc..

APLICACIONES | AGUA – CICLO INTEGRAL DEL AGUA

Distribución de Gas

Procesamiento Gas

Procesamiento de GNL (Gas Natural Licuado)

Producción marina “offshore”

Producción terrestre “ onshore”

Refinería

APLICACIONES | OIL & GAS

COMPRESORES Compresores de Gas Turbo compresores Compresores centrífugos Compresores de tornillo

MOLINOS Pulpers Molinos de bolas Molinos de martillos Molinos rotativos

VENTILADORES Y SOPLANTES Ventiladores de climatización Ventiladores axiales y centrífugos Soplantes burbujeo, secadores enfriadores

CINTAS TRANSPORTADORAS Tornillos sin fin Cinta transportadora

ELEVACIÓN Y TRANSPORTE

MINERÍA E INDUSTRIA

MOLINOS

MEZCLADORES

COMPRESORES

VENTILADORES Y SOPLANTES

BOMBAS

CINTAS TRANSPORTADORAS

TORNILLO SIN FIN

HORNOS DE COCIDO, BRASEADO Y COCINADO

TÚNELES DE CONGELACIÓN

SISTEMAS DE MOLDEO

SISTEMAS LLENADO DE BOTELLAS

ALIMENTACIÓN Y BEBIDAS

SD700 FREEMAQ FR SD700 FREEMAQ FL

SD700 KOMPAKT

SD700

TOPOLOGÍA BÁSICA VARIADOR DE FRECUENCIA

Red Eléctrica Desconexión ProtecciónFiltro Harmónicos Filtro RFI Rectificador Bus CC Inversor

Filtros dV/dt o Senoidal salida Motor

VSD ESTÁNDAR

SD700 SERIES

Rango de potencia entre 2.2kW y 2200kW

Tensiones 230Vac, 400Vac, 525Vac and 690Vac

Operación 50ºC sin reducción de potencia

Electrónica totalmente sellada IP54 sin filtros de polvo.

Filtros dV/dt integrados (400V/µs - 800V/µs) Cable hasta 300m

Filtro armónicos y RFI integrados

(FFA) Acceso frontal total a los principales componentes

Barnizado selectivo con tecnología militar y aeroespacial (IEC61086-

1:2004,-3-1)

Bajo en harmónicos - FREEMAQ Series

Compactos y competitivos - SD700 KOMPAKT series

Variadores regenerativos – SD700 FREEMAQ FR

SD700 HIGHLIGHTS

PROTECCIONES VARIADOR

Sobrecarga IGBT’s

Pérdida de fase de entrada

Baja y alta tensión de entrada.

Baja y alta tensión de bus CC

Alta y baja frecuencia de entrada

Temperatura IGBT, Sobre-temperatura radiador

Modelo térmico variador

Fallo fuente de alimentación

Fallo de fuga a tierra

Fallo software y hardware

Pérdida señal analógica ( pérdida señal de referencia)

STO Safe Torque Off – Funcionalidad de seguridad paro seguro

PROTECCIONES DE MOTOR

Rotor bloqueado

Sobrecarga de motor (modelo térmico)

Fallo subcarga de motor

Límite de corriente

Nº máximo de arranques

Desbalanceo de corrientes

Desbalanceo de tensiones

Sobre temperatura de motor ( Señal PTC), PT100 Opcional

Límite de corriente

Límite de par

TABLA DE CONFIGURACIÓN SD700

SD700 & SD700 KOMPAKT - TOPOLOGÍA

SD700 FR- TOPOLOGÍA

SIN FILTRO----------------

THDi > 45%

BOBINAS 3%SD700 series

THDi <35%

L1

L2

L3 L1

L2

PUENTE RECTIFICADOR Y HARMÓNICOS

MULTIPULSOSD700 series 12,18,24p

THDi <10% (18p)

FILTRO LCLSD700 FREEMAQ FL

THDi <5%

FRENTE ACTIVOSD700 FREEMAQ FR

THDi <4%

VSD VSD

= 0 º

RECTIFICADOR

BUSCC

BUS CC

Onda de tensiónDC BUS

Onda de corriente

PUENTE INVERSOR

Modulación PWM – Onda de tensión Modulación PWM – Flanco de tensión filtro dV/dt Modulación PWM – Flanco de tensión con filtro dV/dt + CLAMP

PUENTE INVERSOR

Si se amplifica la forma de onda, es posible observar que el ángulo no es exactamente de 90º:

Variador dV/dt Pérdidas132kW 800V/µs 1380W

132kW 4000V/µs 1100W

¿POR QUÉ VARIA LA VELOCIDAD DEL MOTOR?

n: Velocidadf: Frecuencia alimentación motor (50Hz o

60Hz)Np: Pares de polos del motorδ : Deslizamiento motorɸ: Flujo del motor

ɸ = 𝑉2· 𝜋· 𝐿· 𝑓

𝑛 = 2 · 𝜋· 𝑓𝑁𝑝 − 𝛿

cte.

cte.

f(par)

FLANCO DE TENSIÓN DE SALIDA (dV/dt y Vpico)

dV/dt competidores

SD700 ESTÁNDAR

NO TODOS LOS VARIADORES SON IGUALES

MÁXIMA TENSIÓN DE PICO ADMISIBLE CURVAS EN TERMINALES MOTOR AC

10m

20m30m 50m 100m

Tiempo de subida (µs)0.1 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.20.40.30.2

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

2.4

Ejemplo test SD700 con cable de cobre reforzado de 415V

IEC 60034-25 Curva B(sin filtros con motores

hasta 690V AC)

NEMA MG1 Pt31 en redes a 600V

IEC 60034-25 Curva A(sin filtros con motores hasta 500V AC)

IEC 60034-17

NEMA MG1 Pt31 red de 400V

2.15kV

1.86kV

1.56kV

1.35kV

1.24kVTen

sión

de

pico

(kV

)

200m

SD700 – TIPO DE CABLE RECOMENDADO

Hasta 300m Hasta 150m

SD700 – CABLE RECOMENDADO

COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (EMC) | INTRODUCCIÓN EMC

Compatibilidad Electromagnética

EMIEmisión Electromagnética

EMSSusceptibilidad Electromagnética

Nivel de Emisión Máximo

Nivel de Inmunidad Mínimo

Nivel de Inmunidad del equipo

Nivel de Emisión del equipo

MARGEN DE COMPATIBILIDAD

CL

AS

E D

E A

MB

IEN

TE

Espectro de frecuencia

Va

lor

de

am

plit

ud

EMCCompatibilidad Electromagnética

Baja frecuencia

F <150 kHz

THD Flicker

EMIEmisión Electromagnética

EMSSusceptibilidad Electromagnética

MediaFrecuencia

150 kHz< f < 30MHz

Conducidas

AltaFrecuencia

f > 30MHz

Radiadas

Radiofrecuencia Conducidas Radiadas

Sobretensiones Transitorios rápidos Descargas Electrostáticas THD Huecos e interrupciones

IEC61800-3 EMC 2004/108/CEIEEE 519-1992

COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (EMC) | INTRODUCCIÓN

COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (EMC/CEM) | Ruido radiado y conducido

Origen ruido: Puente inversor y rectificador debido a la interrupción de la señal de corriente cuando los tiristores conmutan su estado (de ON a OFF y vice versa).

Transmisión: En función de la frecuencia del ruido puede radiarse o conducirse a través de los cables y tierra.

RADIADAS CONDUCIDAS

El ruido eléctrico RADIADO puede atenuarse de las siguientes maneras: Diseño de armario de variador metálico apantallado–Jaula de Faraday. Utilización de cables apantallados..

CUMPLIMIE

NTO C3

El ruido eléctrico CONDUCIDO puede atenuarse de las siguientes maneras: Integrando filtros RFI (Radio Frequency Interferences) / EMC ( Electromagnetic Compatibility). Utilizando buenas prácticas de instalación y tipo de conductores.

COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (EMC/CEM) | Ruido radiado y conducido

IP PRIMER DÍGITO (CUERPOS EXTRAÑOS) SEGUNDO DÍGITO (HUMEDAD)

0 Not protected 0 No protegido

1 Protegido contra objetos de diametro igual o superior a 50 mm. 1 Goteo de agua

2 Protegido contra objetos de diametro igual o superior a 12,5 mm 2 Goteo de agua con la envolvente inclinada 15º

3 Protegido contra objetos de diametro igual o superior a 2,5 mm 3 Agua nebulizada. (spray) con un ángulo de hasta 60º

respecto de la vertica4 Protegido contra objetos de diametro igual o superior a

1,0 mm 4 Chorros de agua contra el equipo desde cualquier dirección

5 Protegido contra el polvo que puede interferir con el correcto funcionamiento de los equipos. 5 Chorros de agua más potentes contra el equipo desde

cualquier dirección 6 Chorros de agua más potentes contra el equipo desde

cualquier dirección y mayor presión 7 Inmersión temporal en agua

8 Inmersión continua en agua

GRADO DE PROTECCIÓN

iCOOL FILTERLESS– Refrigeración sin filtros de polvo

1er nivel: ELECTRONICA

2O nivel: REFRIGERACIÓN

3er nivel : FILTRADO

iCOOL FILTERLESS– Refrigeración sin filtros de polvo

REJILLA ADMISIÓN 2O nivel

VENTILADORES DE POTENCIA IP54

BOBINAS DE ENTRADA

RADIADOR

CONDENSADORES BUS CC

REJILLA DE SALIDA 2o nivel

REJILLA ADMISIÓN 3er nivel

VENTILADORES EXTRACCIÓN 3 er nivel

1er nivel: Electronica

2o nivel: Refrigeración

3er nivel: Filtros

T AMB T AMB

T RADIADOR= TELECTRONICA

T CASE

T J

T CASE

T RADIADOR

RTHS

RTC

RTJ

{ Max 125ºC}T J ( SILICIO)

{ Max 125ºC}

AT - 15ºC

{ Max 110ºC}

{ Max 95ºC}

{ Max 50ºC}

AT = 15ºC

1er nivel ELECTRÓNICA

AT= 45ºC

2o nivel REFRIGERACIÓN

COMPETITORS

T AMB

T J

T CASE

T HEAT SINK

RTHS

RTC

RTJ

{ Max 125ºC}

AT - 15ºC

AT = 15ºC

{ Max 110ºC}

{ Max 95ºC}

{ Max 50ºC}

AT= 45ºC

T AMB

T J

T CASE

T HEAT SINK

RTHS

RTC

RTJ

{ Max 92 ºC}

{ Max 77 ºC}

{ Max 65ºC}

{ Max 50ºC}

AT= 15ºC

SD700 SERIES

NO NECESARIO UN SISTEMA DE

REFRIGERACIÓN ABIERTO EN ELECTRÓNICA

ELECTRÓNICA IP54 INTEGRAL

AT - 12ºC

AT - 15ºC

CUIDADO DE SEMICONDUCTORES ALARGAMIENTO VIDA

ÚTIL

IP54 fabricante A

IP54 fabricante B: No disponible

IP54 fabricante C

EL SD700 ESTÁ EQUIPADO CON RADIADORES

SOBREDIMENSIONADOS

0

100

200

300

400

500

600

700

0,00

0,01

0,01

0,02

0,02

0,03

2 5 8 11 14 17 20

47 117 187 257 327 396 466

Ap

, P

reassu

re In

cre

men

t P

a

R-t

h h

ea

t S

ink

in [

K/W

]

Thermal resistance (K/W)Preassure increment (Pa)

Speed of air(m/s)

COMPETIDORES

SD700

DISEÑO DEL SD700 NECESITA 2-3 VECES MÁS DE SUPERFICIE

RADIADOR – CAPACIDAD REFRIGERACIÓN

SELECCIÓN VARIADOR – REDUCCIÓN DE POTENCIA

DEFINICIÓN SOBRECARGA – TIPOS DE CARGAS

PAR CONSTANTE Carga típica cuando el sistema está trabajando

permanentemente con volúmenes fijos. Compresores de tornillo, alimentadores, Cintas transportadoras. T = constante, P α N

DEMANDA DE PAR EN ARRANQUE Semejante al caso anterior pero con un elevado par a baja

velocidad. La sobrecarga inicial fija las condiciones del variador.

Extrusoras, bombas de tornillo, molinos T = constante , P α N

PAR CUADRÁTICO Tipo de carga más común en aplicaciones de movimiento de

aire y agua. Ventiladores, bombas centrífugas T α N2, P α N3

DEFINICIÓN SOBRECARGA – TIPOS DE CARGAS

POTENCIA CONSTANTE Cuando el material se enrolla y el diámetro varía durante el

proceso. Bobinas de papel, rollos de cable. T α N1/2 , P = cte

COMBINACIÓN PAR CONSTANTE Y POTENCIA CONSTANTE Caso especial que depende del dimensionamiento del sistema. Bobinas y rollos de papel y cable. T = cte, P α N & T α N1/2 , P = cte

OTROS Par dependiente de la carga, típico en aplicaciones como

grúas . Par dependiente del ángulo del motor. Etc.

COMPARACIÓN DE TAMAÑOS

Talla 8Talla 7Talla 6

Tarjeta de potencial única para todas las series.

Tarjeta de control única para todas las tallas.

Gate Drive únicopara cubrir todo el rango de potencia

Talla 5

2 modelos de IGBTpara todas las series

2 modelos de inductancias para toda las series

MODULARIDAD – ALTA FIABILIDAD Y STOCK REDUCIDO

Misma fuente de alimentación de ventiladorespara toda la serie. Equipos de mayor capacidad integran varias.

Talla 8Talla 7Talla 6Talla 5

Sólo 2 modelos de carga suave Protecciones y tarjeta de triggering que cubren toda la gama.

Modelo 1: 90kW – 170kW.Modelo 2: 210kW – 900kW.

MODULARIDAD – ALTA FIABILIDAD Y STOCK REDUCIDO

BARNIZADO SELECTIVO - TECNOLOGÍA MILITAR Y AEROESPACIAL

Grado de polución C3 H2S gas, hidrocarbunos, clorobenceno and resistente a humedad. Tecnología

militar aplicada al barnizado de las PCB’s. Aplicado de forma automática mediante spray, reduciendo los defectos de

aplicación. Inspección individualizada de PCB bajo luz ultravioleta.

Fácil configuración remota.

Registros de datos eléctricos- Datalogger

Representación gráfica de valores

Estudio analítico de proceso y exportación de datos

HERRAMIENTAS SOFTWARE DEDICADAS | POWERCOMS

Primer variador de velocidad en incorporar un Display Gráfico con pantalla táctil TFT 3,5”.

“” Display a color de 3.5” (240x320pixels) con

pantalla táctil y puntero integrado Sistema de ayuda a usuario Tarjeta MicroSD 4Gb | registro y notificación

de fallos y eventos Carga y descarga de parametrizaciones

para una rápida puesta en marcha Módem GSM cuatribanda integrado para el

arranque, paro y notificación vía SMS Switch Ethernet con dos conexiones RJ45 Alimentación 5Vcc auxiliar o con baterías

opcional.

POWER ELECTRONICSagradece su atención

Mas información en:

www.power-electronics.com

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www.power-electronics.com