2 - 1 introduccion a drives

ACS800 - ConvertidoresEntrenamientoProyecto Antucoya, Chile

Georg Paulick, Minera a cielo abierto, 31 de julio de 2014

ABB Automation GmbHJuly 31, 2014 | Slide 1

Por que usar convertidores de frecuencia?

n Los convertidores de frecuenciavariables VFD ahorran unacantidad considerable de energa

n Aumentan la calidad a travs de unmajor capacidad de control delproceso.

n Reducen el desgaste del equipoincrementando su vida til.

n Partidas y arranques suavesahorran material prima

n Reduccin del ruido en la mayorade los casos

timeArranque suave

Incremento de laproduccin

Ahorro de energa

Mejor Calidad

...conservan el ambiente y tienen otros beneficios

ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 2

Velocidad

Que es un Convertidor - VFD?

Bus DCRectificador

V1 V3 V5

V2V6V4

C

L +

-

U1V1W1

M 3 ~Ud

Electrnica de controlcontrol, monitoreo y comunicaciones

L1

L2

L3

InversorMotor

Monitoreo

Control

Alim

enta

cin

Uline UDC Uout


Esquema de un convertidor (sin regeneracin)


Bus DCRectificador

C

+

-

U1V1W1

M 3 ~Ud


L1L2L3

InversorMotor

Monitoreo

Control

Red

UNetz UDC UMotor

ReactorDe lnea

Esquema de un convertidor (con regeneracin)


C

+

-

U1V1W1

M 3 ~UdL1L2L3

Motor

UNetz UDC UMotor

InversorFiltro


Bus DC Inversor

Monitoreo

Control

Red

Freno electrico / Convertidores con regeneracin


Ahorro de energa durante el frenomecnico

La energa de frenado se devuelve ala red no se pierde.

Sin resistencia adicional de frenado

Ahorro de espacio

No se necesita un sistema costosoaire acondicionado. kW

300200100

-100-200-300

+

-1 3 42

Zeit5

Potencia

Convertidor, ACS800-11 (5.5 to 110 kW)


ACS800 Vista General

Filtros desalida- dU/dt- Sinusoidal

3 AC

Multi-ConvertidorSeccin de alimentacin Seccin del convertidor

FrenoChopper

Rectificacin de6 pulsos

Convertidor sencillo


Unidad deregeneracin

(Media tensin)

Motors

Software: Standard Aplicacin especial Maestro-esclavo Accionamiento de gra Control de extrusin Control Bomba yVentilador Control centrifugo Control de rotacin

transversal



Unidad deregeneracin

MM

M

M


Convertidores de frecuencia en maquinara de mineraa cielo abierto

Unidades compactas con Fuentede poder integrada ACS800-04, -01, -11, -31

Unidades inversoras ACS800-104,

Fuentes de poder DSU, ISU, TSU

Unidades de freno / chopper


Convertidores de frecuencia en maquinara de mineraa cielo abierto 0.55 - 5600 kW

Dispositivos integrados

ACS800-01, 6-Puls ACS800-11, regenerative ACS800-31, low harmonic ACS800-04, 6-Puls

Convertidores sencillos, cubculoscompletos

ACS800-07, 6/12-Pulsos45 to 2800 kW

ACS800-17, regenerativo45 to 2500 kW

ACS800-37, bajos harmonicos45 to 2800 kW

200 240 380 415 500 690Supply [V]

Motor [kW]5600340028001600800200110455.51.51.1

0.55

Convertidores de frecuencia en minera a cielo abiertoConvertidores sencillos de tamao pequeo

Dispositivos integrados ACS800-01 (-04), 6-Pulsos

con chopper y resistencia de frenado Motores de giro

Hasta...25 kW Motores de elevacin (Cabina del operador, pluma de descarga)

Hasta...15 kWSin chopper (1- or 2-Q-motor) Scraper (excavadora de cadena)

Hasta...90 kW

ACS800-11, regenerativo

Motores de giroHasta...75 kW

Motores de elevacin (Cabina del operador, pluma de descarga)Hasta...45 kW


Convertidores de frecuencia en minera a cielo abiertoConvertidores de mayor tamao

n Dispositivos integradosACS800-04, 6-Pulsoscon chopper y resistencia de frenado

n Motores de giro de la graHasta...75 kW

n Orugas (2 o 6 orugas con convertidores sencillos)Hasta...250 kW

Sin chopper ( 1-Q-motor)n Bucket wheel drive (R8)

Hasta...800 kW

n ACS800-17, regenerativon Motor de transportador (cuesta abajo)

up to ...500 kW


Convertidores de frecuencia en minera a cielo abierto

En el proyecto Antucoya se usarn los siguientesconvertidores:

General

ACS 800-11

ACS 800-04

Modulos de los Alimentadores del sistema Agglo

ACS 800-704 (Rectificador DSU)

ACS 800-104 (Convertidor INU)


Mdulos de los convertirdores R2i n x R8i

ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 15 ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 15

R2i

R2i

R3i

R2i

R5i

R7i-+

FAN

R8i

+-

R8i

R8i

- + - + - +

R8i

R8i

R8i

- + - +

Convertidor Sencillo, ACS800-11 (5.5 to 110 kW) Convertidor regenerativo montado en pared:

IP21

Convertidor regenerativo avanzado en un solopaquete:

Convertidor de alto desempeo

Tecnologa premium - DTC doble

know-how integrado para el control el SW

Asistencia de configuracin

Opciones integradas

Mdulos de extensin I/O

Mdulos de comunicacin

Mdulo para encoder

Mdulo para fibra ptica

Filtro EMC

Carro Hopper 3330-HC002 yCarro Tripper 3210-TC001

200 240 380 415 500 690Supply [V]

Motor[kW]20011090453715115.5


Mdulo sencillo, ACS800-11 (5.5 to 110 kW)

Potencia nominal 5.5 - 110 kW

Fuente de alimentacin 208 - 690 V 10%

Marcos tamaos R5 y R6

Integrado modo regenerativo

Convertidor de lnea y motor en un solo marco

Encerramiento IP21

Filtro EMC interno con distintas opciones

RDCO-03 cable de comunicacin de fibra ptica comoestndar

Temperatura ambiente 40 C, y hasta en 50 C condisminucin de la potencial nominal


Convertidor , ACS800-11 (5.5 to 110 kW)


Ubicacin de la tarjeta RMIO para el ladoLnea

Ubicacin de la tarjeta RMIO para el ladoMotor

Convertidores mdelo ACS800-04/04M (0.55 to 1900 kW) 230 a 690 V

Diseo optimizado para la construccinde paneles elctricos

Diseo compacto y modular permitiendouna gran cantidad de combinaciones.

Cableado sencillo

Mdulos conforme con EMC

Amplia gama de opciones integradas

Correa Alimentadora (R8),Orugas del puente apilador y delpuente de recoleccin de ripios(R6), Orugas de la rotopala (R6),orugas del esparcidor y delTripper car TC003, Carro HopperHC002 200 240 380 415 500 690

Supply [V]

Motor [kW]1900145080020011090455.51.51.10.55


Human Machine Interface - HMI

Galvanically isolated

3 Entradas Analgicas

7 Entradas Digitales

2 Salidas Analgicas

3 Salidas a rel

Mdulos de comunicacin

Expansin digital I/O (hasta 13 DI y 9 salidas rel)Expansin Analgicas I/O (hasta 5 AI y 4 AO)

Pulse Encoder Adapter

Conexin a PC

PELV ABB Group31 de julio de 2014 | Slide 20

Panel de control CDP312R


1- Start - Partida2- Stop - Parada3- Modificar configuracin del set-point4- Direccin de rotacin haciaadelante5- Direccin de rotacin haciaatrs6- Reset de fallas7- Cambio entre control local yremoto

Conectividad RDCU-12C (DRIVE CONTROL UNIT)

Slot 1 Expansin Digital I/O (RDIO) Expansin Analgica I/O (RAIO) Interfaz para Encoder de pulsos(RTAC) Interfaz para bus de campo

Slot 2 Expansin Digital I/O (RDIO) Expansin Analgica I/O (RAIO) Interfaz para Encoder de pulsos(RTAC)

Slot 3 DDCS Link (RDCO-0x)

Comunicacin con otrosconvertidores cuando n x R8itrue APBU44Comunicacin concontroladores (PLC)eg. AC80 or AC800M

DDCS4 Mbit/s

PPCS8 Mbit/s

DDCS4 Mbit/s Mdulo de expansin I/O

DDCS4 Mbit/s

Comunicacin Maestro-Esclavo

DDCS1 Mbit/s

PC-ToolDriveWindow

modbus19,2 kbit/s

Panel decontrol

CDP312R

7 Entradas Digitales

2 Entradas Analgicas2 Salidas Analgicas

3 Salidas Digitales

Voltaje de referencia(10V max 10mA)

Fuente de poder externa24VDC


Tarjetas de control


Componentes de la unidad de alimentacinACU = Unidad de control auxiliar

- Control del voltaje de alimentacin- Circuito de parada de emergencia- Supervisin de falla a tierra

ICU = Mdulo de entrada- ACB o fusibles con contactor

- Interruptor de tierra ( Opcional )

Filtro-DSU: dentro del mdulo

- TSU: DC choke

- ISU: LCL Filtro

Unidad de alimentacin- DSU: D3 / D4- TSU: B4 / B5- ISU: R7i / R8i .... 12 x R8i


DSU-diode supply unit (Unidad de alimentacin condiodos)

ACU = Unidad de Control Auxiliar 400mmo 600mm est en el lado izquierd de laICUFusibles de lnea

Interruptor de tierra (opcional)

Dentro de ICU (Incoming Unit):

Seccionador (Mdulo DSU con contactorpero sin seccionador)

Conexin del cable de alimentacin

Diodos del Mdulo de alimentacin- DSU: 1 x D4


DSU Conexin de 6 y 12 pulsos


Conexin de 6 pulsos Conexin de 12 pulsos

Transformador dealimentacin

Transformador dealimentacin

Mdulo DSUMdulo DSU

DSU Distintos tamaos del marco

D3 D4

K1L1, L2L1

K1, K2

F1, F2 F1-F4


Cmo funciona la unidad de alimentacin condiodos?


ACS800 - 29, rev. 1

+_UC

UnetUD1

UD2

+_UC

UD1

UD2

UnetU1

U2

= U 0

= U 30

o

o

Unet

U1 W1V1

UDU1 W1V1

1. 2. 3. 4. 5. 6.

360o60o

U1 W1V1

1. 2. 3. 4. 5. 6.

360o

60o

U2 W2V2

1. 2. 3. 4. 5. 6.

U2 W2V2

1. 2. 3. 4. 5. 6.

30oU2 W2V2U1 W1V1

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12

U1 W1V1

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12

U D1U D1

U D2U D2

UCUC

Rectificadores de 6 o 12 pulsos

Cmo funcionan los IGBT de la unidad dealimentacin?


Alimentacin ISU construccin del tablero

ABB Group31 de julio de 2014 | Slide 31 ABB Automation GmbH31 de julio de 2014 | Slide 31

t

99.94 99 .95 99.96 99.97 99.98 99.99

2

1

1

2

t

99 .94 99.95 99 .96 99.97 99 .98 99.99

2

2

(

(

6-pulse

ISU ~1000-pulse

ISU asegura un voltaje constante del busDC

El desempeo durante la operacin enmodo motorizado o generador es idntica

Torque del motor es estable

Rpido, linear and transicin suave entrelos modos motorizado y generativoviceversa

El voltaje DC puede aumentar

Ahorra de energa Harmonicos muy bajos

cosj = 1 SIN PERDIDAS POR POTENCIA

REACTIVA

Compensacin de la potencia reactiva esposible

Eficiencia de tan solo 1% menos que DSUy TSU

Pertubaciones en la lnea de alimentacin

ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 32 ABB Automation GmbHJuly 31, 2014 | Slide 32

0,0 %

5,0 %

10,0 %

15,0 %

20,0 %

25,0 %

30,0 %

5 7 11 13 17 19 23 25 29 31 35 37 41 43 47 49

Harmonic order

[%]

0,0 %

5,0 %

10,0 %

15,0 %

20,0 %

25,0 %

30,0 %

5 7 11 13 17 19 23 25 29 31 35 37 41 43 47 49

Harm onic order

[%]

0,0 %

5,0 %

10,0 %

15,0 %

20,0 %

25,0 %

30,0 %

5 7 11 13 17 19 23 25 29 31 35 37 41 43 47 49

Harmonic order

[%]

IGB

TEi

nsp.

12-p

ulse

6-p

ulse6 pulseI THD = 30 %

U THD RSC= 20 = 10 %U THD RSC=100 = 2 %cos j total = 0,93...0,95

12 pulseI THD = 12 %

U THD RSC= 20 = 7 %U THD RSC=100 =1,4 %cos j total = 0,93...0,95

IGBT - SupplyI THD = 4 %

U THD RSC= 20 = 3 %U THD RSC=100 =0,8 %cos j 1 = 1cos j total = 0,99

Alimentacin IGBT con marco tipo R7i o R8i


Uno mdulo (tamao D4), 6 pulsos DSU


Construccin del tablero n x R8i (FE-001&002)

Interruptor DC con fusibles

Convertidores en paralelo 2 x R8i

Supervisin y control de carga

Fusible de carga

Conexin de los motores en la partetrasera del mdulo

DCU-(Unidad de control en un tableroaparte)

Barros del Bus-DC, ubicadas en la partetrasera del tablero elctrico

ABB Group31 de julio de 2014 | Slide 35

Redundancia Redundancia integrada a traves moudlos

conectados en paralelo

Cada mdulo es un inversor trifsicocompleto.

Permite la operacin con carga parcial siun mdulo falla

Provee mayor disponibilidad y mayortiempo de operacin

nico en su tipo no est disponible engeneraciones anteriores de convertidoresABB

VU W

=~

U V W

=~

U V W

MV

MV

ACS800


Convertidores de frecuencia Maquinara minera

Resistencia de frenadon Tamao, espacio y construccin especial

para OPM ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 37

Direct Torque Control Control Directo de Torque

Tiempo del paso para elincremento del torque

Control preciso del torque ovelocidad

Torque mximo a velocidad cero.

Control directo del torque sindisparos por ruido

Fast control - better protection

Excelente control del motor en todo momento

DTC

Control Vectorial

Lazo abierto PWM

< 5 msec.

10 to 20 msec.

> 100 msec.

0,00

0,50

1,00

Current

TorqueDTC PWM

New Current level

New Torquelevel

Time


DTC Control Directo de Torque

n Control rapido y preciso

n Desempeo garantizadon Excelente precisin dinmica

y esttica

n No se necesita encoder parael control del proceso

n Repuesta inmediata acambios en la lnea

Speed

Torque

Dynamic Performance

0.0

0.3

0.6

0.9

1.2

1.5

DTC C

1

C2

C3

C4

C5

C6

Impa

ctdr

op/%

sec.

Based on third party measurementsNo encoder used

Tn

t

T, n


DTC Control Directo de Torque

Power Loss Ride Through Sin interrupciones innecesarias

del proceso

Minimiza el tiempo de inactividaddurante falla de alimentacincortas.

Power Loss Ride Through

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Theo

r.

DTC C

1

C2

C3

C4

C5

C6

Tim

e/s

Based on third party measurements


2 - 1 introduccion a drives

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