drive abb para bombeo solar acs355 + n827 guía de selección

© ABB Group06 de noviembre de 2014 | Slide 1

Drive ABB para bombeo solarACS355 + N827Guía de selección de equipos

Discrete Automation and Motion, Drives & Control


Drive ABB para bombeo solar, ACS355Contenido

§ Conceptos básicos de selección debomba

§ Como seleccionar el drive y los panelessolares

§ Funcionalidades

§ Arranque automático

§ Limitaciones de velocidad

§ Elevación de tensión

§ Detección funcionamiento en seco

§ Calculo del caudal

CONCEPTOS BÁSICOS DESELECCIÓN DE BOMBAS

© ABB GroupNovember 6, 2014 | Slide 3

Selección de bombas para aplicaciones de bombeosolar

§ En una aplicación de bombeo solar el objetivo es tener la mayorcantidad de agua extraída del pozo durante el período soleado deldía.

§ Normalmente la bomba ya está seleccionada o disponible.

§ Adjuntamos algunos datos importantes:§ Para bombeo solar se utiliza principalmente bombas surmergidas.

§ La potencia de la bomba se determina en base a la altura total(profundidad del pozo + pérdidas de carga), el caudal requerido (odescarga) y el diámetro de la tubería.

§ La curva del sistema es el resultado de la profundidad del pozo (alturaestática) y la fricción (o dinámica) de la cabeza dependiendo de porejemplo las tuberías:


Altura,H

Caudal, Q

Alturaestatica,

HST

H = k x Q2 + HST


Curvas de la bombaPunto de operación – Velocidad fija de la bomba

§ El punto donde la curva de la bomba y la curva del sistema secruzan es el punto de trabajo o punto de servicio de la bomba.

§ La bomba se dimensiona de forma que el punto de serviciocoincida con el de mayor rendimiento de la misma.

Caudal, Q

Altura,H

QN

HN Punto de trabajo


Curvas de la bombaPunto de operación – Velocidad variable de la bomba

§ La bomba se controla con un drive en función de la potenciaproveniente de los paneles solares.

§ El punto de trabajo sigue la curva del sistema bombeando elcaudal en función de la potencia de la bomba y la demanda decaudal.

§ Con un drive, el punto de trabajo sigue la curva del sistema. Elpunto de trabajo Q1 se sitúa siempre en el punto de máximorendimiento de la bomba

Altura,H

Caudal, Q

Q1Qo

QN


Variación de la velocidad de la bombaEficiencia y caudal

§ Al regular la velocidad de la bomba se consigue un efecto similaral que se conseguiría modificando el diámetro del impulsor de labomba a velocidad constante, consiguiendo curvas defuncionamiento de la bomba paralelas que permiten situar el puntode servicio en el punto de máximo rendimiento de la bomba paracualquier demanda de caudal.

§ Hay que tener en cuenta que existe una velocidad mínima pordebajo de la cual la bomba no bombearía ningún caudal. Lafrecuencia por debajo de la cual no se debe actuar depende delnúmero de polos del motor. Para un motor de 4 polos este valoresta sobre los 35 Hz

Eficiencia dela bomba [%]

Caudal, Q

Altura,H

HST

HS

T


Variación de la velocidad de la bombaLeyes de afinidad

§ Las leyes de afinidad expresan la relaciónmatemática que existe entre el caudal, la velocidadde la bomba (rpm), la altura y el consumo deenergía para el caso de bombas centrífugas. Estasleyes no aplican a bombas de desplazamientopositivo (por ejemplo: bombas de tornillo para eltrasiego de fangos).

§ Con la mitad de la velocidad, el caudal estambién la mitad

§ Con la mitad de la velocidad solo se requiere la⅛ de la potencia

Potencia

Caudal

Altura

nn

QQ

2

1

2

1 =

2

2

1

2

1÷÷ø

öççè

æ=

nn

HH

3

2

1

2

1÷÷ø

öççè

æ=

nn

PP

Ejemplo de relaciones teóricas entre la velocidad, el caudal y la potencia:

Velocidad,rpm

Velocidad,%

Caudal,m3/h

Potencia,kW

Potencia,%

1500 100 100 7,5 100

1350 90 90 5,5 72,9

1200 80 80 3,8 51,2

900 60 60 1,6 21,6

CONCEPTOS BÁSICOS DESELECCIÓN DE DRIVE YPANELES PV


Selección del Drive en aplicaciones de bombeo solar

§ Cuando se ha seleccionado la bomba y el motor, se tieneque seleccionar también el drive y los paneles en base a latensión, la corriente y la potencia del motor requeridos

§ A continuación puede ver un extracto de los ACS355para bombeo solar disponibles para motores 380..480V

§ PN y I2N necesitan ser iguales o superiores que losdatos del motor


§ Por ejmplo tenemosuna bomba de 5HPdonde el motor es

4.0kW, 400V, 8,6A,1440rpm, 90% deeficiencia

à Seleccionamosentonces el equipo:ACS355-03E-12A5-4

Dimensionamiento de los paneles solaresConceptos básicos

§ Los valores importantes de selección del panel son:

§ Pmax = Potencia máxima de salida de la célula

§ VOC = Tensión de circuito abierto (tensión máxima)

§ Vmpp = Tensión en punto de máxima potencia

§ Impp = Corriente en punto de máxima potencia

§ Los paneles se ponen en serie para que la tensión de salida delos paneles coincida con la tensión de bus CC del drive§ Tensión nominal CC = 1.35 x tensión nominal motor

§ Los paneles se ponen en paralelo para que la corriente de salidade los paneles coincida con la corriente del bus CC del drive§ Corriente CC = 0,817 x I2N (drive)

§ El número de paneles en serie multiplicado por el número depaneles en serie multiplicado por la Pmax necesita ser superiorque la potencia CC§ Potencia CC = Potencia bomba + Perdidas motor + Perdidas Drive

§ Regla generalà Potencia bomba en HP = Potencia CC en kW© ABB GroupNovember 6, 2014 | Slide 11

Dimensionamiento de los paneles solaresEjemplo – Regla general

§ Valores en nuestro ejemplo:§ Bomba de 5HPà Potencia PV necesaria de 5kW

§ Tensión CC necesaria: 400V x 1.35 = 540V

§ Corriente CC necesaria: 12,5A x 0,817 = 10,2A

§ Tensión CC máxima de 800V

§ A continuación puede ver diferentes tipos de paneles y susubmodelos:


Pmax Voc Vmpp Isc ImppMini, 180P 170 28,5 23,7 7,9 7,4

175 28,6 23,8 8,0 7,4180 28,8 24,0 8,1 7,5185 29,0 24,1 8,3 7,7190 29,2 24,4 8,4 7,8195 29,4 24,7 8,5 7,9

Grand, 160P 150 43,4 36,3 4,5 4,2155 43,8 36,4 4,6 4,3160 44,1 36,9 4,7 4,3165 44,5 37,5 4,7 4,4

Grand, 200P 190 42,7 35,5 5,8 5,4195 43,3 36,0 5,9 5,5200 43,3 36,2 5,9 5,5205 43,7 36,4 6,1 5,7

Pane

les

PV–

Fabr

ican

teX


§ Calcular el número de paneles necesarios en serie:§ Tensión CC necesaria: 400V x 1.35 = 540V


§ Vmpp x n ≥ 540Và n > 540V / Vmpp (redondear al alza n)

§ Comprobar la tensión en circuito abierto§ Voc x n < 800V


Pmax Voc Vmpp Isc Impp Number in series Udc maxMini, 180P 170 28,5 23,7 7,9 7,4 22,82 23 655

175 28,6 23,8 8,0 7,4 22,69 23 658180 28,8 24,0 8,1 7,5 22,51 23 663185 29,0 24,1 8,3 7,7 22,37 23 668190 29,2 24,4 8,4 7,8 22,16 23 671195 29,4 24,7 8,5 7,9 21,85 22 646

Grand, 160P 150 43,4 36,3 4,5 4,2 14,88 15 651155 43,8 36,4 4,6 4,3 14,83 15 657160 44,1 36,9 4,7 4,3 14,63 15 661165 44,5 37,5 4,7 4,4 14,40 15 668

Grand, 200P 190 42,7 35,5 5,8 5,4 15,22 16 683195 43,3 36,0 5,9 5,5 15,00 16 692200 43,3 36,2 5,9 5,5 14,91 15 650205 43,7 36,4 6,1 5,7 14,86 15 655

Pane

les

PV–

Fabr

ican

teX


§ Calcular el número de paneles en paralelo:§ Corriente CC necesaria: 12,5A x 0,817 = 10,2A

§ Idc = n x Impp à n = Idc / Immp (redondear al alza n)

§ Comprobación de la selección del panel de la primera línea, hay23 paneles en serie y 2 en paralelo por lo que el número de lospaneles en esta configuración sería 46 unidades


Pmax Voc Vmpp Isc Impp Number in series Udc max Parallel IdcMini, 180P 170 28,5 23,7 7,9 7,4 22,82 23 655 2 14,7

175 28,6 23,8 8,0 7,4 22,69 23 658 2 14,8180 28,8 24,0 8,1 7,5 22,51 23 663 2 15,0185 29,0 24,1 8,3 7,7 22,37 23 668 2 15,4190 29,2 24,4 8,4 7,8 22,16 23 671 2 15,7195 29,4 24,7 8,5 7,9 21,85 22 646 2 15,8

Grand, 160P 150 43,4 36,3 4,5 4,2 14,88 15 651 3 12,5155 43,8 36,4 4,6 4,3 14,83 15 657 3 12,9160 44,1 36,9 4,7 4,3 14,63 15 661 3 13,0165 44,5 37,5 4,7 4,4 14,40 15 668 3 13,2

Grand, 200P 190 42,7 35,5 5,8 5,4 15,22 16 683 2 10,7195 43,3 36,0 5,9 5,5 15,00 16 692 2 11,0200 43,3 36,2 5,9 5,5 14,91 15 650 2 11,1205 43,7 36,4 6,1 5,7 14,86 15 655 2 11,3

Pane

les

PV–

Fabr

ican

teX


§ Comprobar que la potencia de salida de los módulos es suficientepara alimentar el sistema (Pnecesaria = 5kW)§ Ptotal = Número de paneles x Pmax

§ Seleccionar la configuración donde la corriente es la más cerca dela necesaria y donde y la potencia es la más cerca de la necesaria

§ Y seleccionar la configuración más competitiva desde el punto devista de costes


Pmax Voc Vmpp Isc Impp Number in series Udc max Parallel Idc Total power [kW]Mini, 180P 170 28,5 23,7 7,9 7,4 22,82 23 655 2 14,7 7,82

175 28,6 23,8 8,0 7,4 22,69 23 658 2 14,8 8,05180 28,8 24,0 8,1 7,5 22,51 23 663 2 15,0 8,28185 29,0 24,1 8,3 7,7 22,37 23 668 2 15,4 8,51190 29,2 24,4 8,4 7,8 22,16 23 671 2 15,7 8,74195 29,4 24,7 8,5 7,9 21,85 22 646 2 15,8 8,58

Grand, 160P 150 43,4 36,3 4,5 4,2 14,88 15 651 3 12,5 6,75155 43,8 36,4 4,6 4,3 14,83 15 657 3 12,9 6,98160 44,1 36,9 4,7 4,3 14,63 15 661 3 13,0 7,20165 44,5 37,5 4,7 4,4 14,40 15 668 3 13,2 7,43

Grand, 200P 190 42,7 35,5 5,8 5,4 15,22 16 683 2 10,7 6,08195 43,3 36,0 5,9 5,5 15,00 16 692 2 11,0 6,24200 43,3 36,2 5,9 5,5 14,91 15 650 2 11,1 6,00205 43,7 36,4 6,1 5,7 14,86 15 655 2 11,3 6,15

Pane

les

PV–

Fabr

ican

teX

Dimensionamiento de los paneles solaresEjemplo – Cálculo con las perdidas

§ Valores en nuestro ejemplo:§ Bomba de 5HPà Motor de 4kW, con 90% de efficiencyà 400W

§ Perdidas del Drive aprox.: 150W à Potencia total necesaria: 4,4kW

§ Tensión CC necesaria: 400V x 1.35 = 540V

§ Para tener un dimensionamiento ajustado utilizamos los 8,4A como corrienteCC necesaria (igual a la corriente del motor sin conversión CC a CA)


§ models:


Con la conversión CC a CA lacorriente sería de 7,0A peroesto no sería suficiente paralas pérdidas del drive y paratensiones inferiores a 400V. Sidamos un margen de 20% esadecuado desde el punto devista de la generación decorriente.

Pmax Voc Vmpp Isc ImppMini, 180P 170 28,5 23,7 7,9 7,4

175 28,6 23,8 8,0 7,4180 28,8 24,0 8,1 7,5185 29,0 24,1 8,3 7,7190 29,2 24,4 8,4 7,8195 29,4 24,7 8,5 7,9

Grand, 160P 150 43,4 36,3 4,5 4,2155 43,8 36,4 4,6 4,3160 44,1 36,9 4,7 4,3165 44,5 37,5 4,7 4,4

Grand, 200P 190 42,7 35,5 5,8 5,4195 43,3 36,0 5,9 5,5200 43,3 36,2 5,9 5,5205 43,7 36,4 6,1 5,7

Pane

les

PV–

Fabr

ican

teX


§ Calcular el número de paneles necesarios en serie:§ Tensión CC necesaria: 400V x 1.35 = 540V


§ Vmpp x n ≥ 540Và n > 540V / Vmpp (redondear al alza n)

§ Comprobar la tensión en circuito abierto§ Voc x n < 800V


Pmax Voc Vmpp Isc Impp Number in series Udc maxMini, 180P 170 28,5 23,7 7,9 7,4 22,82 23 655

175 28,6 23,8 8,0 7,4 22,69 23 658180 28,8 24,0 8,1 7,5 22,51 23 663185 29,0 24,1 8,3 7,7 22,37 23 668190 29,2 24,4 8,4 7,8 22,16 23 671195 29,4 24,7 8,5 7,9 21,85 22 646

Grand, 160P 150 43,4 36,3 4,5 4,2 14,88 15 651155 43,8 36,4 4,6 4,3 14,83 15 657160 44,1 36,9 4,7 4,3 14,63 15 661165 44,5 37,5 4,7 4,4 14,40 15 668

Grand, 200P 190 42,7 35,5 5,8 5,4 15,22 16 683195 43,3 36,0 5,9 5,5 15,00 16 692200 43,3 36,2 5,9 5,5 14,91 15 650205 43,7 36,4 6,1 5,7 14,86 15 655

Pane

les

PV–

Fabr

ican

teX


§ Calcular el número de paneles en paralelo:§ La corriente CC necesaria es de 8,6A x 0,817 = 7,0Aà Tenemos en

cuenta un 20% de margen para poder trabajar al punto de trabajomáximo con las perdidas máximasà 8,4A

§ Idc = n x Imppà n = Idc / Immp (redondear al alza n)


Pmax Voc Vmpp Isc Impp Number in series Udc max Parallel IdcMini, 180P 170 28,5 23,7 7,9 7,4 22,82 23 655 2 14,7

175 28,6 23,8 8,0 7,4 22,69 23 658 2 14,8180 28,8 24,0 8,1 7,5 22,51 23 663 2 15,0185 29,0 24,1 8,3 7,7 22,37 23 668 2 15,4190 29,2 24,4 8,4 7,8 22,16 23 671 2 15,7195 29,4 24,7 8,5 7,9 21,85 22 646 2 15,8

Grand, 160P 150 43,4 36,3 4,5 4,2 14,88 15 651 3 12,5155 43,8 36,4 4,6 4,3 14,83 15 657 2 8,6160 44,1 36,9 4,7 4,3 14,63 15 661 2 8,7165 44,5 37,5 4,7 4,4 14,40 15 668 2 8,8

Grand, 200P 190 42,7 35,5 5,8 5,4 15,22 16 683 2 10,7195 43,3 36,0 5,9 5,5 15,00 16 692 2 11,0200 43,3 36,2 5,9 5,5 14,91 15 650 2 11,1205 43,7 36,4 6,1 5,7 14,86 15 655 2 11,3

Pane

les

PV–

Fabr

ican

teX


§ Comprobar que la potencia de salida de los módulos es suficientepara alimentar el sistema (Pnecesaria = 4,4kW)§ Ptotal = Número total de paneles x Pmax

§ Seleccionar la configuración donde la corriente es la más cerca dela necesaria y donde y la potencia es la más cerca de la necesaria

§ Y seleccionar la configuración más competitiva desde el punto devista de costes


Pmax Voc Vmpp Isc Impp Number in series Udc max Parallel Idc Total power [kW]Mini, 180P 170 28,5 23,7 7,9 7,4 22,82 23 655 2,00 14,7 7,82

175 28,6 23,8 8,0 7,4 22,69 23 658 2,00 14,8 8,05180 28,8 24,0 8,1 7,5 22,51 23 663 2,00 15,0 8,28185 29,0 24,1 8,3 7,7 22,37 23 668 2,00 15,4 8,51190 29,2 24,4 8,4 7,8 22,16 23 671 2,00 15,7 8,74195 29,4 24,7 8,5 7,9 21,85 22 646 2,00 15,8 8,58

Grand, 160P 150 43,4 36,3 4,5 4,2 14,88 15 651 3,00 12,5 6,75155 43,8 36,4 4,6 4,3 14,83 15 657 2,00 8,6 4,65160 44,1 36,9 4,7 4,3 14,63 15 661 2,00 8,7 4,80165 44,5 37,5 4,7 4,4 14,40 15 668 2,00 8,8 4,95

Grand, 200P 190 42,7 35,5 5,8 5,4 15,22 16 683 2,00 10,7 6,08195 43,3 36,0 5,9 5,5 15,00 16 692 2,00 11,0 6,24200 43,3 36,2 5,9 5,5 14,91 15 650 2,00 11,1 6,00205 43,7 36,4 6,1 5,7 14,86 15 655 2,00 11,3 6,15

Pane

les

PV–

Fabr

ican

teX

CARACTERISTICAS DELBOMBEO SOLAR


Arranque automático

§ Arranque automático o manual – 6001 AUTO/MANUAL SEL

§ Modo automático [0]: El drive arranque cuando la tensión delbus CC es superior al limite definido en 6003 START DCVOLT§ En bombas donde la altura estática es alta tiene sentido

incrementar ligeramente este valor para disponer de suficientepotencia para alcanzar la velocidad mínima

§ Modo manual [1]: Es el modo de arranque por defecto. Elcomando de arranque manual se seleccionar en 6002MANUAL START CMD. La configuración por defecto es D1 [0]

§ Los modos de arranque automático o manual en aplicación solarfuncionan únicamente si el parámetro 1001 EXT1 COMMANDSestá configurado como SOLAR [37], que es el valor por defecto enel equipo ACS355 para bombeo solar


Elevación de tensión

§ La función de seguimiento del punto de potencia máxima(algoritmo MPPT) en el equipo ACS355 para bombeo solares automática y su objetivo es mantener el equilibrio entrela potencia y la tensión CC en un punto óptimodependiendo de la capacidad de los paneles solares endiferentes condiciones.

§ La función de elevación de tensión puede utilizarse cuandolos paneles solares producen más tensión que la necesariapara que el motor funcione a la carga específica o cuandola tensión nominal del motor no llega a la tensiónproducida por los paneles solares.

§ 6008 BOOST VOLTAGE es la tensión limite cuando elfactor de elevación está habilitado

§ 6009 BOOST FACTOR es la ganancia para aumentarla velocidad cuando el calculo del MPPT lo permite.


Detección de arranque en seco

§ La deteción de funcionamiento de la bomba en seco estáhabilitado con el parametro 6016 MIN LOAD CURRENT a un valordeterminado* (ver información más abajo) donde sabemos que labomba está funcionando en seco.§ 6017 DRY RUN TRP TIME define el tiempo después del cual se

detiene el equipo

§ 6018 DRY RUN RST TIME defines el tiempo después del cual el drivearranca de nuevo

*) Nota: la corriente no baja por debajo de la corriente demagnetización, que depende de la corriente del motor, cos phi delmotor y la velocidad del motor (optimización de flujo).


6016

6017 6018 Tiempo

Corriente

Cálculo del caudal

§ La función de cálculo de caudal permite tener una estimación delcaudal basada en la potencia de la bomba. Es necesarioconfigurar la curva Potencia / Caudal (PQ) disponible en los datosdel fabricante de la bomba y que puede ser ajustado mediante unparametros de eficienca 6121 y otro parametro de ganancia decaudal 6124..

§ El cálculo del caudal puede utilizarse unicamente con el panel decontrl asistente y ha de utilizarse unicamente para lamonitorización de los datos (no para facturación).


Señales disponibles gracias al cálculo del caudal§ Caudal calculado§ Caudal acumulado del día§ Caudal acumulativo del año

¿QUÉ NO ESTÁ INCLUIDO?


Funciones excluidas respecto a la versión estándar delequipo ACS355 para maquinaría

§ Las siguientes características del FW del ACS355 no estánimplementadas en el equipo ACS355 para bombeo solar.

§ Contador

§ Temporizador

§ Entrada de frecuencia (ED5)

§ Programación secuencial

§ Jogging

§ Velocidades constantes

§ Compensación IR

§ Freno mecánico


drive abb para bombeo solar acs355 + n827 guía de selección

Documents