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
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 3
Esquema de un convertidor (sin regeneracin)
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 4
Bus DCRectificador
C
+
-
U1V1W1
M 3 ~Ud
Electrnica de controlcontrol, monitoreo y comunicaciones
L1L2L3
InversorMotor
Monitoreo
Control
Red
UNetz UDC UMotor
ReactorDe lnea
Esquema de un convertidor (con regeneracin)
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 5
C
+
-
U1V1W1
M 3 ~UdL1L2L3
Motor
UNetz UDC UMotor
InversorFiltro
Electrnica de controlcontrol, monitoreo y comunicaciones
Bus DC Inversor
Monitoreo
Control
Red
Freno electrico / Convertidores con regeneracin
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 6
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)
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 7
Convertidor, ACS800-11 (5.5 to 110 kW)
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 8
ACS800 Vista General
Filtros desalida- dU/dt- Sinusoidal
3 AC
Multi-ConvertidorSeccin de alimentacin Seccin del convertidor
FrenoChopper
Rectificacin de6 pulsos
Convertidor sencillo
Rectificacin de12 pulsos
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
Rectificacin de6 pulsos
Rectificacin de12 pulsos
Unidad deregeneracin
MM
M
M
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 10
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
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 11
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
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 12
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
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 13
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)
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 14
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
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 16
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
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 17
Convertidor , ACS800-11 (5.5 to 110 kW)
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 18
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
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 19
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
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 21
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
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 22
Tarjetas de control
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 23
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
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 24
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
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 25
DSU Conexin de 6 y 12 pulsos
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 26
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
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 27
Cmo funciona la unidad de alimentacin condiodos?
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 28
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?
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 30
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
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 33
Uno mdulo (tamao D4), 6 pulsos DSU
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 34
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
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 36
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
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 38
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
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 39
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
ABB GroupJuly 31, 2014 | Slide 40
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