CAPÍTULO 6VARIADOR MEDIA TENSIÓN

SEMINARIO TÉCNICO XMV660 2013

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

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

Rango de potencia desde 200kW hasta 12.000kW

Rango de tensión desde 2,3kVac – 11,0kVac

Operación 50ºC sin desclasificación de potencia

Formas de onda de corriente y tensión a la entrada y

salida cuasi-sinusoidal – bajo THDi, dV/dt y HVF.

Modulación de ancho de pulso PWM multinivel con

aumento de tensión de salida mediante modulación con

inyección de 3er harmónico

Diseño mecánico robusto y fiable

Protecciones de motor y variador integradas.

Redundancia de ventilación y monitorización de

temperatura.

Fácil mantenimiento con acceso frontal

VARIADOR DE FRECUENCIA MEDIA TENSIÓN – SERIE XMV660

SERIE XMV660 - TOPOLOGÍA

ARMARIO TRANSFORMADOR

ARMARIO CELDAS DE POTENCIAARMARIO DE CONTROL

Tran

sfor

mád

or

cam

bio

de fa

se

(Mul

tipul

so)

Cel

das

de

pote

ncia

con

fu

sibl

es

Panel interconexión de usuario

Tarjeta CommunicaciónFibra Óptica (FPGA)

Terminales de entrada , medición de corriente y tensión, protección sobre tensión

Tarjeta control y potencia Display &

pulsantería

Monitorización temperatura de transformador

5kV

30 pulsos

577V

577V

577V

577V

577V

2885 V x√3 = 5.000 Vac

XMV660 TOPOLOGÍA

Detalle Nivel 1: La celda A2 proporciona 700V, las celdas A1 y A3 0V. La tensión de fase resultante es + 700V.

XMV660 TOPOLOGÍA

Detalle Nivel 2: Las celdas A1 y A3 proporcionan 700V cada una, la celda A2 0V. La tensión de fase resultante es + 1400V.Detalle Nivel 3: Las celdas A1, A2 y A3 proporcionan 700V cada una. La tensión de fase resultante es + 2100V.

Illustrative, measured values may vary depending on line-up and motor characteristics.

700V

700V

700V

700V

700V

700V

700V

700V

700V

MÁXIMO CUIDADO DE MOTOR

La conexión en serie de celdas de baja tensión de 700V permite obtener a la salida una onda cuasi sinusoidal de tensión y corriente con un reducido dV/dt y THDi/ HVF.La topología multi-celda elimina las restricciones y costes adicionales de instalación que reducen el retorno de su inversión.

Un bajo dV/dt reduce la tensión de pico y tensión en modo común en los devanados del estator del motor, permitiendo así, su instalación en motores existentes y sin aislamiento especial.

Reduce las corrientes en modo común (CMC) por los rodamientos del motor, permitiendo el uso de rodamientos y lubricaciones sin prestaciones especiales.

Reduce las pérdidas en el motor causadas por una forma de onda no senoidal con alto THDi, eliminando el derating en motores de alta tensión.

Reduce las vibraciones y pulsos de par inducidos en el rotor gracias a una modulación suave de ancho de pulso (PWM) con celdas de baja tensión.

MÁXIMO CUIDADO DE MOTOR

Baja generación armónicos THDi Alto factor de potencia Operación 2Q cuadrantes

Variador regenerativo 4Q Baja generación armónicos THDi Factor de potencia ajustable

Regenerativo – 4Q Reduce complejidad transformador Reduce cableado interno Fallo de celda genera desbalanceo en

transformador

TOPOLOGÍA DE CELDAS

CALIDAD DE RED Y EFICIENCIA

La topología empleada permite el cumplimiento de las normativas más exigentes de calidad de onda (IEEE519) y compatibilidad electromagnética (EMC 2004/108/EC).

A la entrada, un transformador cambio de fase (multipulsos) desde 18 hasta 54 pulsos permite obtener un reducido THDi sin costosos e ineficientes filtros de harmónicos pasivos y activos.

TENSIÓN SALIDA NOMINAL XMV660

Nº CELDAS DE POTENCIA Nº DE PULSOS

2.3kV,3kV, 3.3kV 9 18

4.16kV 12 24

5kV,5.5kV 15 30

6kV,6.6kV 18 36

10kV,11kV 27 54

Alto factor de potencia (FP>0.95) para una carga superior al 20% del equipo, lo que evita la conexión de bancos de condensadores que pueden generar resonancia en el peor de los casos.

Alta eficiencia del conjunto ƞ > 96% (incluido transformador) para una carga superior al 40%. Proveyendo así de las mejores prestaciones y el mayor ahorro en todo el rango de operación del equipo.

CALIDAD DE RED Y EFICIENCIA

Probado hardware de baja tensión:

IGBTs y condensadores CC

Tarjeta de potencia

Tarjeta de control

El variador se suministra completamente testeado y probado de forma conjunta en fábrica para asegurar su funcionamiento bajo cualquier condición de carga.

La temperatura del transformador y las celdas está monitorizada para detectar la obstrucción o fallo de ventiladores. Así mismo, la redundancia en la ventilación maximizará la disponibilidad del equipo..

Celdas de potencia estándar –100A, 200A, 300A, 400A, 600A, reduce el stock de repuestos en todo el mundo.

Bypass individual de celdas de potencia y un algoritmo de control de neutro flotante que permite operar al variador cuando una o varias celdas fallan, y maximizar la tensión de salida.

Barnizado selectivo de las tarjetas con tecnología militar y aeroespacial protege la electrónica más sensible.

MAXIMA FIABILIDAD Y DISPONIBILIDAD

TESTEO INTEGRAL Y PUESTA EN MARCHA

Prueba en baja tensión permite realizar un test funcional completo de forma segura.

Testeo integral a máxima carga (corriente), y disponibles pruebas presenciales específicas.

Personal de Power Electronics está presente en todas las puestas en marcha y sacarán el mayor partido del equipo para su aplicación.

CORRIENTENOMINAL TENSIÓN NOMINAL SOBRECARGA

(150%,1 min, ciclo cada 10 min)

100A 700 V 150A

200A 700 V 300A

300A 700 V 450A

400A 700 V 600A

600A 700 V 900A

Bajo damanda - -

dV/dt < 1000V/ µs

Factor de armónicos de tensión (HVF) < 0.019, No es necesario la

desclasificación del motor de acuerdo a norma MG1

Compatible con todos los motores síncronos y asíncronos.

Refrigeración por aire

Temperatura de operación 0ºC ….50ºC. Sin desclasificación de

potencia.

MAXIMA FIABILIDAD Y DISPONIBILIDAD

6kV

30 pulsos

693V

693V

693V

693V

693V

3465 V x√3 = 6.000 Vac

CellBypass

3 RD

HarmonicInjection

Ilustrativo, las medidas reales puede variar en función de las características de la línea y motor.

BYPASS DE CELDA

Bypasscelda

Inyección 3 RD

harmónico

BYPASS DE CELDA

Ilustrativo, las medidas reales puede variar en función de las características de la línea y motor.

5kV

LCL Filter & SC

Onda modulación

Onda portadora

Onda PWM

>1 – Sobremodulación

Alto THD

Alta tensión de salida

<= 1

Bajo THD

Reducción tensión salida

INYECCIÓN 3 RD ARMÓNICO

THD inferior

Alta tensión de salida

Compensación de caídas de tensión por fallo de celdas (Incremento de hasta 15.5%)

Onda moduladora

Onda portadora

MODULACIÓN ANCHO DE PULSO + INYECCIÓN 3ER ARMÓNICO

CELDAS DE POTENCIA DISPONIBLES POR FASE XMV660

MAX. TENSIÓN DE SALIDA DISPONIBLE

Reducción de Tensión 6.6kV VSD(Unidad Estándar)

Reducción de tensión 5.5kV VSD

(Redundancia de celda)Redundancia

VU VV VW

6 6 6 7.275 OK OK N

6 6 5 6.849 OK OK N+1

6 5 5 6.437 - 2.47% OK N+2

6 6 4 6.385 - 3.26% OK N+2

5 5 5 6.062 -8.15% OK N+3

6 5 4 5.975 -9.46% OK N+3

Configuración 6 celdas

Siempre está disponible el 100 % de la corriente.

Un motor operando a menor tensión puede seguir manteniendo el par y la velocidad incrementando la

corriente. El control de XMV660 lo realiza de forma automática sin sobrepasar los valores tarados en las

protecciones del equipo.

BYPASS DE CELDA

Ilustrativo, las medidas reales puede variar en función de las características de la línea y motor.

CELDAS DISPONIBLES POR FASE XMV660

MAX. TENSIÓN DE SALIDA DISPONIBLE

Reducción de Tensión 4.16kV VSD

(Unidad Estándar)

Reducción de Tensión 3.3kV VSD

(Redundancia de celda)

RedundanciaVU VV VW

4 4 4 4.850 OK OK N

4 4 3 4,414 OK OK N+1

4 3 3 3990 - 4.08% OK N+2

4 4 2 3.924 - 5.68% OK N+2

4 3 2 3.470 -16.59% OK N+3

3 3 2 3.192 -23.26% -3.26% N+4

Configuración 4 celdas

CELDAS DISPONIBLES POR FASE XMV660

MAX. TENSIÓN DE SALIDA DISPONIBLE

Reducción de Tensión 5.5kV VSD(Unidad Estándar)

Reducción de Tensión 4.16kV VSD

(Redundancia de celda)

RedundanciaVU VV VW

5 5 5 6.062 OK OK N

5 5 4 5.633 OK OK N+1

5 4 4 5.217 - -5.15% OK N+2

5 5 3 5.158 - 6.23% OK N+2

4 4 4 4.850 -11.82% OK N+3

4 4 3 4.414 -19.74% OK N+4

Configuración 5 celdas BYPASS DE CELDA

Ilustrativo, las medidas reales puede variar en función de las características de la línea y motor.

TRANSITORIOS Y CAIDAS DE TENSIÓN (VRT )

XMV660 mantiene el sincronismo con el motor y absorbe potencia del motor para mantener el bus de las celdas a la mayor tensión disponible. Si la tensión cae por debajo del límite, el variador para la aplicación y genera una alarma. El número de ciclos antes del paro, depende del tipo de carga conectada.

Potencia y par se reduce proporcionalmente. El variador puede trabajar indefinidamente en este modo ya que la corriente nominal no se sobrepasa.

Operación estándar, máximo par y sobrecarga disponible.

SEGURIDAD Y PROTECCIÓN

integra de serie múltiples protecciones hardware y software que reduce los riesgos asociados a la operación de accionamientos de media tensión.

Monitorización de la entrada, salida y cada una de las celdas, protegerá costosas inversiones como el motor y el equipamiento mecánico de la aplicación.

Opcionalmente el variador puede equiparse con un sistema de carga suave de baja tensión que magnetiza el transformador y carga el bus de CC de las celdas. Este sistema evita sobre corrientes en la conexión en vacio del variador.

Módulos de protección de entrada opcionales permitirán conectar el equipo sin necesidad de celdas de protección adicionales.

Sistemas de seguridad, enclavamientos mecánicos, acceso restringido con contraseña, alarma visual y sonora, le informará de la manipulación inesperada del equipo.

SEGURIDAD Y PROTECCIÓN| BENEFICIOS TRANSFORMADOR DE ENTRADA

El transformador multipulsos de entrada ofrece múltiples beneficios en su instalación como:

Reduce la potencia de cortocircuito y por ende la corriente de cortocircuito en caso de fallos de aislamiento a tierra en el variador.

Integra taps que permiten in-situ compensar las caídas de tensión de la red y del equipo ofreciendo la tensión nominal en bornes del motor. Evitando así, tanto el sobredimensionamiento como el sobrecalentamiento del motor.

El transformador puede ser configurado para disponer tensiones de entrada y salida diferentes. Se elimina así, la instalación de transformadores y celdas de media tensión adicionales, y permite la utilización de equipamiento de diferente tensión en una misma instalación.

SEGURIDAD Y PROTECCIÓN | LISTADO

PROTECCIONES DE MOTOR PROTECCIONES DE VARIADOR PROTECCIONES DE CELDA

Rotor bloqueado, Límite de par Sobrecarga motor (modelo

térmico) Desequilibrio de corriente

de fases Desequilibrio de tensión

de salida Sobre-temperatura motor

(señal PTC) Límite de velocidad Exceso tiempo de paro

motor.

Pérdida de fase a la entrada Alta y baja tensión entrada Exceso número de celdas en

fallo Alta y baja frecuencia de

entrada Límite de corriente de salida Alta temperatura variador Fallo comunicación control Pérdida señal analógica

(pérdida referencia) Paro de emergencia.

Sobre-corriente entrada (fusibles)

Alta y baja tensión de bus CC Tensión de Bus CC inestable Tiempo carga suave CC

sobrepasado Baja tensión entrada Fallo comunicación fibra óptica. Exceso tiempo comunicación

(time-out) Pérdida alimentación control, Fallo gate drive, Alta temperatura IGBt Alta temperatura celda.

FÁCIL MANTENIMIENTO

El equipo está compuesto por tres armarios adyacentes o independientes: armario de transformador, armario de celdas de potencia y armario de control. Todos ellos han sido diseñados para facilitar la supervisión y mantenimiento desde la parte frontal..

De forma particular, el transformador puede instalarse fuera de la sala técnica para reducir las pérdidas de calor.*

Una conexión frontal y un guiado de la celda, permite una sencilla instalación de las celdas de forma manual por un sólo operario con o sin ayuda del carro ergonómico suministrado.

* Consulte disponibilidad

CONTROL PRECISO, POTENTE Y FLEXIBLE

PMC-OLTC es el único control de motor que en configuración maestro-esclavo permite la sincronización de varios motores sin encoder. El resultado es un perfecto reparto de par con una respuesta suave, potente y rápida con el mínimo mantenimiento y supervisión.

Los ajustes de fábrica del control PMC junto con los parámetros de la placa de características del motor garantizan un rendimiento óptimo sin necesidad de tediosas y sensibles funciones de auto-ajuste durante la puesta en marcha. Una puesta en marcha rápida y fiable genera un gran ahorro de tiempo y dinero.

Gracias a las funcionalidades MCB (Mechanical Brake Control), la premagnetización, y Delay-off IGBT, las aplicaciones de elevación realizarán arranques y paros suaves.

SOLUCIONES A MEDIDA

MANIOBRA, CONTROL Y PULSANTERÍA Pulsadores, selectores y leds de indicadores. Pre-configuración y extensión de E/S digitales y analógicas Borneros de interconexión de usuario. Relés de control de sondas PTC y PT100 Tarjetas de encoder de motor y proceso. Protocolos de comunicación opcionales (Profibus-DP, Dvicenet, Ethernet

Modbus TCP, N2 Metasys, CAN Open,…) Programación Power PLC de aplicaciones

CELDAS DE BYPASS O PROTECCIÓN DE ENTRADA• Contactor de vacío y de línea para bypass variador• Interruptor automático, fusibles, contactor extraíble,

seccionador de corte en carga con fusibles• Seccionador de puesta a tierra• Relé de protección de motor.• Celdas de conmutación

ENVOLVENTE Y CONEXIONES Grado de protección IP54, fabricación en

acero inoxidable, RAL pintura especial, idioma de etiquetado y señalización.

Cableado con acceso superior, inferior y lateral. Acceso con cable EMC o Armado.

Conexiones para baterías de condensadores.

Conexión y protección de múltiples equipos en paralelo.

INTERFAZ SENCILLO

Display a color de 3.5” (240x320pixels) con pantalla táctil y

puntero integrado

Tarjeta MicroSD 4Gb | registro y notificación de fallos y

eventos

Módem GSM cuatribanda integrado para el arranque, paro

y notificación vía SMS

• Switch Ethernet con dos conexiones RJ45

• Alimentación 5Vcc auxiliar o con baterías opcional

Selector modo de control (local, remoto, stop)

DISPONIBLES SOLUCIONES A MEDIDAS

Rojo: Marcha Verde: Paro Ambar: Alarma Rojo(()): Fallo

Pulsador paro emergencia Verde: Arranque local Rojo: Paro local Blanco: Reset sistema

APLICACIONES ESPECÍFICAS | POWERCOMS

Fácil monitorización remota

Registros de datos eléctricos- Datalogger

Representación gráfica de valores

Estudio analítico de proceso y exportación de datos

TABLA DE CONFIGURACIÓN

XMV66 100 030 X Y Z - - - -

XMV66SERIES

CORRIENTENOMINAL SALIDA

TENSIÓN NOMINAL MOTOR SOBRECARGA (%) GRADO DE

PROTECCIÓN TOPOLOGÍA ACCESO CABLEADO CARGA SUAVE REDUNDANCIA VENTILACIÓN

TENSIÓN NOMINAL DE SALIDA[1]

100 100A 023[1] 2.3kV(9 celdas) 1 110%

Carga ligera 4 IP41 A Motor asíncrono - Acceso de entrada y salida inferior - No incluido - No incluido - Tensión

nominal motor

200 200A 030 3kV (9 celdas) 2 120%

Carga Media 5 IP54[1] S Motor síncrono T Acceso entrada superior y salida inferior C Carga suave baja

tensión integrado V Ventilaciónredundante A 2.3kV

300 300A 033 3.3kV (9 celdas) 5 150%

Carga pesada R Regenerativo 4Q Motor Asíncrono U Acceso de entrada y salida

superior B 3kV

400 400A 416 4.16kV (12 celdas) - Bajo demanda W [1] Motor síncrono 4Q C 3.3kV

600 600A 060 6kV (18 celdas) M

Regenerativo 4Q Motor asíncrono

Puente rectificador monofásicoD 4.16kV

... Under request 066 6.6kV

(18 celdas) E 6kV

100[1] 10kV (27 celdas) F 6.6kV

110[1] 11kV (27 celdas) G 7.2kV

H 10kV

I 11kV

J 12kV

… Bajo demanda[1] Consulte disponibilidad con Power Electronics