CAPÍTULO 3 VARIADORES DE VELOCIDAD SEMINARIO TÉCNICO SD700 2013

1. CAPÍTULO 3 VARIADORES DE VELOCIDAD SEMINARIO TÉCNICO SD7002013

2. INTRODUCCIÓN “ 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 . “

3. 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 energíaen comparación con sistemas tradicionales de regulación por válvulas o arranque/paro.

4. 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. Q

5. 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

6. 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.

7. DIRECTIVA ECODISEÑO EU MEPS 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 2016 2010 2015 2011 2012 2013 2014 2017 2018

8. EFICIENCIA DE MOTORES ▲ 2 % Eficiencia Fuente: ABB

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

10. APLICACIONES | AGUA – CICLO INTEGRAL DEL AGUA

11. APLICACIONES | OIL & GAS • Distribución de Gas • Procesamiento Gas • Procesamiento de GNL (Gas Natural Licuado) • Producción marina “offshore” • Producción terrestre “ onshore” • Refinería

12. MINERÍA E INDUSTRIA • 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

13. ALIMENTACIÓN Y BEBIDAS • 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

14. SD700 FREEMAQ FR SD700 FREEMAQ FL SD700 SD700 KOMPAKT

15. TOPOLOGÍA BÁSICA VARIADOR DE FRECUENCIA SD700 SERIES VSD ESTÁNDAR Filtro Harmónicos Filtros dV/dt o Senoidal salida Red Eléctrica Desconexión Protección Filtro RFI Rectificador Bus CC Inversor Motor

16. SD700 HIGHLIGHTS • 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

17. 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

18. 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

19. TABLA DE CONFIGURACIÓN SD700

20. SD700 & SD700 KOMPAKT - TOPOLOGÍA

21. SD700 FR- TOPOLOGÍA

22. PUENTE RECTIFICADOR Y HARMÓNICOS SIN FILTRO ---------------- BOBINAS 3% SD700 series MULTIPULSO SD700 series 12,18,24p FILTRO LCL SD700 FREEMAQ FL FRENTE ACTIVO SD700 FREEMAQ FR THDi > 45% THDi <35% THDi <10% (18p) THDi <5% THDi <4% L1 L2 L1 L3 L2

23. RECTIFICADOR

24. BUS CC BUSCC

25. PUENTE INVERSOR Onda de tensión DC BUS Onda de corriente

26. PUENTE INVERSOR Modulación PWM – Flanco de tensión filtro dV/dt Modulación PWM – Flanco de tensión con filtro dV/dt + CLAMP Modulación PWM – Onda de tensión

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

28. ¿POR QUÉ VARIA LA VELOCIDAD DEL MOTOR? cte. f(par) cte. n: Velocidad f: Frecuencia alimentación motor (50Hz o 60Hz) Np: Pares de polos del motor δ : Deslizamiento motor ɸ: Flujo del motor

29. FLANCO DE TENSIÓN DE SALIDA (dV/dt y Vpico) NO TODOS LOS VARIADORES SON IGUALES dV/dt competidores SD700 ESTÁNDAR

30. MÁXIMA TENSIÓN DE PICO ADMISIBLE CURVAS EN TERMINALES MOTOR AC

31. SD700 – TIPO DE CABLE RECOMENDADO Hasta 300m Hasta 150m

32. SD700 – CABLE RECOMENDADO

33. COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (EMC) | INTRODUCCIÓN EMC Compatibilidad Electromagnética EMI Emisión Electromagnética EMS Susceptibilidad Electromagnética Nivel de Inmunidad del equipo Nivel de InmunidadMínimo Valor de amplitud MARGEN DE COMPATIBILIDAD CLASE DE AMBIENTE Nivel de EmisiónMáximo Nivel de Emisión del equipo Espectro de frecuencia

34. COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (EMC) | INTRODUCCIÓN EMC Compatibilidad Electromagnética EMI Emisión Electromagnética EMS Susceptibilidad Electromagnética • Radiofrecuencia • Conducidas • Radiadas • Sobretensiones • Transitorios rápidos • Descargas Electrostáticas • THD • Huecos e interrupciones • Media • Frecuencia • 150 kHz< f < 30MHz • Conducidas • Baja • frecuencia • F <150 kHz • THD • Flicker • Alta • Frecuencia • f > 30MHz • Radiadas IEC61800-3 EMC 2004/108/CE IEEE 519-1992

35. COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (EMC/CEM) | Ruido radiado y conducido • CONDUCIDAS • RADIADAS • 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.

36. COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (EMC/CEM) | Ruido radiado y conducido • El ruido eléctrico RADIADO puede atenuarse de las siguientes maneras: • Diseño de armario de variador metálico apantallado–Jaula de Faraday. • Utilización de cables apantallados.. • El ruido eléctrico CONDUCIDO puede atenuarse de las siguientes maneras: • Integrando filtros RFI (Radio FrequencyInterferences) / EMC ( ElectromagneticCompatibility). • Utilizando buenas prácticas de instalación y tipo de conductores. CUMPLIMIENTO C3

37. GRADO DE PROTECCIÓN

38. iCOOL FILTERLESS– Refrigeración sin filtros de polvo

39. iCOOL FILTERLESS– Refrigeración sin filtros de polvo 1er nivel: ELECTRONICA 2O nivel: REFRIGERACIÓN 3er nivel : FILTRADO

40. VENTILADORES EXTRACCIÓN 3 er nivel BOBINAS DE ENTRADA RADIADOR VENTILADORES DE POTENCIA IP54 CONDENSADORES BUS CC REJILLA ADMISIÓN 2O nivel REJILLA DE SALIDA 2o nivel REJILLA ADMISIÓN 3er nivel

43. 1er nivel: Electronica 2o nivel: Refrigeración 3er nivel: Filtros

44. 2o nivel REFRIGERACIÓN T AMB T AMB { Max 50ºC} AT= 45ºC RTHS T RADIADOR { Max 95ºC} T RADIADOR= TELECTRONICA AT = 15ºC RTC T CASE { Max 125ºC} T J ( SILICIO) { Max 110ºC} T CASE AT - 15ºC RTJ 1er nivel ELECTRÓNICA { Max 125ºC} T J

45. ELECTRÓNICA IP54 INTEGRAL SD700 SERIES COMPETITORS T AMB T AMB { Max 50ºC} { Max 50ºC} NO NECESARIO UN SISTEMA DE REFRIGERACIÓN ABIERTO EN ELECTRÓNICA AT= 15ºC AT= 45ºC RTHS RTHS T HEATSINK T HEATSINK { Max 65ºC} { Max 95ºC} AT - 12ºC AT = 15ºC RTC RTC { Max 77 ºC} { Max 110ºC} T CASE T CASE CUIDADO DE SEMICONDUCTORES ALARGAMIENTO VIDA ÚTIL AT - 15ºC AT - 15ºC RTJ RTJ { Max 92 ºC} T J { Max 125ºC} T J

46. IP54 fabricante A • IP54 fabricante B: No disponible • IP54 fabricante C

47. RADIADOR – CAPACIDAD REFRIGERACIÓN COMPETIDORES SD700 DISEÑO DEL SD700 NECESITA 2-3 VECES MÁS DE SUPERFICIE EL SD700 ESTÁ EQUIPADO CON RADIADORES SOBREDIMENSIONADOS

48. SELECCIÓN VARIADOR – REDUCCIÓN DE POTENCIA

49. 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

50. 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.