ppt_presentación vfd - sicel 2007

8/16/2019 PPT_Presentación Vfd - Sicel 2007

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FIEE-UNIFIEE-UNIFacultad de Ingeniería Eléctrica y ElectrnicaFacultad de Ingeniería Eléctrica y Electrnica

NFLUENC A DE LOS VAR ADORES DE

NFLUENC A DE LOS VAR ADORES DE

VELOC DAD EN LOS S STEMAS ELÉCTR COS Y

ELOC DAD EN LOS S STEMAS ELÉCTR COS Y

PROPUESTA PARA M T GAC ÓN ARMÓN CA

ROPUESTA PARA M T GAC ÓN ARMÓN CA

AU!ORES"AU!ORES"O#car $ulian %e&a 'uaringaO#car $ulian %e&a 'uaringaFranci#c( $a)ier *(nte# Vener(Franci#c( $a)ier *(nte# Vener(

+,,+,,




Este trabajo explica brevemente el principio de funcionamiento deEste trabajo explica brevemente el principio de funcionamiento de

los variadores de velocidad y de manera más detallada ellos variadores de velocidad y de manera más detallada el

modelamiento de sus partes constitutivas, los efectos de éstos en losmodelamiento de sus partes constitutivas, los efectos de éstos en los

sistemas eléctricos y las alternativas de solución a los problemassistemas eléctricos y las alternativas de solución a los problemas

que implica su utilizaciónque implica su utilización..

Para el modelamiento y análisis delPara el modelamiento y análisis del

sistema se utilizaron los software’ssistema se utilizaron los software’s

P!"#$E%&#! y E&"P respectivamente,P!"#$E%&#! y E&"P respectivamente,

mostrando sus potencialidades ymostrando sus potencialidades y

limitaciones con la finalidad de validarloslimitaciones con la finalidad de validarlos

como 'erramientas para el análisis decomo 'erramientas para el análisis de

aplicaciones que involucren ()#’s*aplicaciones que involucren ()#’s*

Pruebas en el +aboratorio

IN!RODUCCI/NIN!RODUCCI/N




n rectificador es un circuiton rectificador es un circuito

capaz de convertir la corrientecapaz de convertir la corriente

alterna en continua, donde elalterna en continua, donde el

valor de la tensión de salida #!valor de la tensión de salida #!

depende de la tensión dedepende de la tensión de

entrada y la topolo-.a delentrada y la topolo-.a del

convertidor*convertidor*

0REVE DESCRI%CI/N DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD0REVE DESCRI%CI/N DE LOS VARIADORES DE VELOCIDADn variador de velocidad consta de las si-uientes partes/n variador de velocidad consta de las si-uientes partes/

a1 REC!IFICADORa1 REC!IFICADOR

21 ENLACE DC21 ENLACE DC

Esta parte está constituida por una inductancia y un capacitor* +aEsta parte está constituida por una inductancia y un capacitor* +a

inductancia es colocada en serie y el capacitor en paralelo a lainductancia es colocada en serie y el capacitor en paralelo a la

salida del rectificador* Este capacitor se encar-a de mantener elsalida del rectificador* Este capacitor se encar-a de mantener el

nivel de tensión a la entrada del inversor*nivel de tensión a la entrada del inversor*




+a función de un inversor es cambiar un voltaje de entrada !! a un+a función de un inversor es cambiar un voltaje de entrada !! a un

voltaje de salida !", lo más simétrico posible, con una ma-nitud yvoltaje de salida !", lo más simétrico posible, con una ma-nitud y

frecuencia deseadas* &anto el voltaje de salida como la frecuenciafrecuencia deseadas* &anto el voltaje de salida como la frecuencia

pueden ser fijos o variables*pueden ser fijos o variables*

c1 INVERSORc1 INVERSOR

d1 CON!ROLd1 CON!ROL +os pulsos de disparo de los 012&’s+os pulsos de disparo de los 012&’s

son ori-inados a través de unson ori-inados a través de un

control P3%, donde los pulsos soncontrol P3%, donde los pulsos son

-enerados en los puntos de corte-enerados en los puntos de corteentre la onda trian-ular 4llamadaentre la onda trian-ular 4llamada

onda portadora o carrier5 y la ondaonda portadora o carrier5 y la onda

sinusoidal 4llamada moduladora5*sinusoidal 4llamada moduladora5*

t4se-5 6*7666 6*7686 6*7766 6*7786 6*7966 6*7986

:7*66

:6*86

6*66

6*86

7*66

r e f e r e n c i a

(sen r74trian-ular5

6*66

6*96

6*;6

6*<6

6*=6

7*66

7*96-74pulsos5




#e acuerdo a sus componentes constitutivos el ()# tiene un#e acuerdo a sus componentes constitutivos el ()# tiene un

espectro armónico caracter.stico* +a amplitud de estos armónicosespectro armónico caracter.stico* +a amplitud de estos armónicos

depende de la corriente que consume el motor asociado al variador*depende de la corriente que consume el motor asociado al variador*

+os armónicos son perjudiciales debido a que ori-inan variaciones+os armónicos son perjudiciales debido a que ori-inan variaciones

en las formas de onda de corriente y tensión del sistema, lo cualen las formas de onda de corriente y tensión del sistema, lo cualtiene m>ltiples implicancias sobre éste, como sobrecalentamiento detiene m>ltiples implicancias sobre éste, como sobrecalentamiento de

conductores, bajo factor de potencia, resonancia, de-radación delconductores, bajo factor de potencia, resonancia, de-radación del

aislamiento entre otras*aislamiento entre otras*

%RO0LE*AS FRECUEN!ES EN LOS VARIADORES DE%RO0LE*AS FRECUEN!ES EN LOS VARIADORES DEVELOCIDADVELOCIDAD

+os principales problemas relacionados al uso de ()#’s son los+os principales problemas relacionados al uso de ()#’s son los

si-uientes/si-uientes/

a1 %RO0LE*AS RELACIONADOS A LA IN3ECCI/N DE AR*/NICOSa1 %RO0LE*AS RELACIONADOS A LA IN3ECCI/N DE AR*/NICOS




)enómeno causado por la velocidad de conmutación de los 012&?s,)enómeno causado por la velocidad de conmutación de los 012&?s,

cuando la impedancia del cable de alimentación al motor es diferentecuando la impedancia del cable de alimentación al motor es diferente

a la impedancia del motor* +a onda reflejada -enera picos dea la impedancia del motor* +a onda reflejada -enera picos de

tensión en los terminales del motor, provocando da@os altensión en los terminales del motor, provocando da@os al

aislamiento*aislamiento*

21 ONDA REFLE$ADA21 ONDA REFLE$ADA

c1 INS!ALACI/N DEFICIEN!Ec1 INS!ALACI/N DEFICIEN!E

+a instalación de los ()#?s debe cumplir con las especificaciones+a instalación de los ()#?s debe cumplir con las especificaciones

dadas por los fabricantes de tal manera que se eviten problemasdadas por los fabricantes de tal manera que se eviten problemas

relacionados a efectos térmicos* +as temperaturas por encima derelacionados a efectos térmicos* +as temperaturas por encima delos ;6A! producen la descoordinación de los disparos de los 012&?slos ;6A! producen la descoordinación de los disparos de los 012&?s

y en -eneral el mal funcionamiento de los demás dispositivosy en -eneral el mal funcionamiento de los demás dispositivos

electrónicos que forman parte del variador*electrónicos que forman parte del variador*




" continuación se presentan los resultados de las comparaciones " continuación se presentan los resultados de las comparaciones

entre las mediciones realizadas a uno de los ()#?s utilizados en elentre las mediciones realizadas a uno de los ()#?s utilizados en el

+aboratorio y los reportes del software P!"#$E%&#! donde se+aboratorio y los reportes del software P!"#$E%&#! donde se

modeló el equipo* +os valores de &B#i medidos en el laboratorio ymodeló el equipo* +os valores de &B#i medidos en el laboratorio yen el reporte del software fueron =;C y D=C respectivamente* Bayen el reporte del software fueron =;C y D=C respectivamente* Bay

que considerar que el ()# no ten.a inductancias limitadoras a laque considerar que el ()# no ten.a inductancias limitadoras a la

entrada*entrada*

CO*%ARACI/N !E/RICA E4%ERI*EN!ALCO*%ARACI/N !E/RICA E4%ERI*EN!AL

t4s5 6*966 6*986 6*66 6*86 6*;66 6*;86 6*866

:6*66F6

:6*66<6

:6*666

6*6666

6*666

6*66<6

6*66F6

!

o r r i e n t e

4 G " 5

0a4 corriente en la fase a5

Re#ultad( e56eri7entalRe#ultad( e56eri7ental Re#ultad( teric( 8#(9t:are1Re#ultad( teric( 8#(9t:are1




!omo los valores son bastante aproximados, decidimos evaluar el!omo los valores son bastante aproximados, decidimos evaluar el

resultado de colocar inductancias limitadoras a la entrada delresultado de colocar inductancias limitadoras a la entrada del

variador pero sólo mediante software, teniendo en consideración quevariador pero sólo mediante software, teniendo en consideración que

la impedancia de l.nea es 9*8C de la impedancia del motor* !onla impedancia de l.nea es 9*8C de la impedancia del motor* !on

esto el valor del &B#i se redujo a ;6C*esto el valor del &B#i se redujo a ;6C*

e comprueba as. la exactitud del cálculo computacional y se validae comprueba as. la exactitud del cálculo computacional y se valida

la utilización del software P!#"#$E%&#! para aplicaciones quela utilización del software P!#"#$E%&#! para aplicaciones que

involucren ()#’s*involucren ()#’s*




!on la finalidad de poder observar los efectos de los ()#?s en una!on la finalidad de poder observar los efectos de los ()#?s en una

planta industrial se analizó el caso del sistema de bombeo delplanta industrial se analizó el caso del sistema de bombeo del

mineroducto de una empresa de la -ran miner.a de !obre, donde semineroducto de una empresa de la -ran miner.a de !obre, donde se

presentó la falla de un transformador de aislamiento al cual estabapresentó la falla de un transformador de aislamiento al cual estabaconectado un motor de 768G3 a través de un ()#, lue-o de 8conectado un motor de 768G3 a través de un ()#, lue-o de 8

a@os de operación continua* e realizaron mediciones en el terrenoa@os de operación continua* e realizaron mediciones en el terreno

a fin de determinar las posibles causas de la falla*a fin de determinar las posibles causas de la falla*

EVALUACI/N DE LOS EFEC!OS DE LOS VARIADORES DEEVALUACI/N DE LOS EFEC!OS DE LOS VARIADORES DEVELOCIDAD EN UNA RED INDUS!RIALVELOCIDAD EN UNA RED INDUS!RIAL

El sistema esEl sistema es

modelado en elmodelado en el

software E&"P, dondesoftware E&"P, dondese analizan losse analizan los

resultados y seresultados y se

presenta unpresenta un

dia-nóstico preliminardia-nóstico preliminar

del evento*del evento*




El arre-lo de transformadores deEl arre-lo de transformadores deaislamiento conectados a ()#’s, seaislamiento conectados a ()#’s, se

presenta en otros puntos de estepresenta en otros puntos de este

sistema, y es a su vez unasistema, y es a su vez una

confi-uración t.pica en los dise@osconfi-uración t.pica en los dise@os

industriales*industriales*Healizando el análisis de lasHealizando el análisis de las

mediciones se obtuvo un factor I demediciones se obtuvo un factor I de

D*<<=, y se->n el estándar 0EEE !8D:D*<<=, y se->n el estándar 0EEE !8D:

776, el transformador deber.a ser776, el transformador deber.a ser

utilizado sólo al D6*DC de suutilizado sólo al D6*DC de sucapacidad nominal*capacidad nominal*

Partiendo de esto, la corriente nominal del transformador de 9%("Partiendo de esto, la corriente nominal del transformador de 9%("

49DD"5 se ver.a reducida a 7F8*="*49DD"5 se ver.a reducida a 7F8*="*




(emos que este criterio no 'a sido considerado en el dise@o,(emos que este criterio no 'a sido considerado en el dise@o,trayendo como consecuencia una reducción en la vida >til deltrayendo como consecuencia una reducción en la vida >til del

equipo, a pesar de 'aberse tomado en cuenta una corrección delequipo, a pesar de 'aberse tomado en cuenta una corrección del

aislamiento por altitud 4;66m*s*n*m*5* !abe mencionar además queaislamiento por altitud 4;66m*s*n*m*5* !abe mencionar además que

un aumento en 76A! en la temperatura de operación, reduce a laun aumento en 76A! en la temperatura de operación, reduce a la

mitad el tiempo de vida del transformador mitad el tiempo de vida del transformador #e los resultados obtenidos de las simulaciones y los cálculos#e los resultados obtenidos de las simulaciones y los cálculos

realizados con las mediciones efectuadas en el terreno, podemosrealizados con las mediciones efectuadas en el terreno, podemos

afirmar que el software E&"P es una 'erramienta confiable y deafirmar que el software E&"P es una 'erramienta confiable y de

muc'a utilidad para este tipo de análisis*muc'a utilidad para este tipo de análisis*




AL!ERNA!IVAS DE SOLUCION A LOS %RO0LE*ASAL!ERNA!IVAS DE SOLUCION A LOS %RO0LE*ASCAUSADOS %OR LOS VARIADORES DE VELOCIDADCAUSADOS %OR LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

#entro de las alternativas de solución tenemos/#entro de las alternativas de solución tenemos/

J "rre-lo de transformadores* "rre-lo de transformadores*

J tilización de inductancias limitadoras*tilización de inductancias limitadoras*

J tilización de transformadores con factor I*tilización de transformadores con factor I*

J tilización de filtros pasivos tipo +!+*tilización de filtros pasivos tipo +!+*

J +imitar la distancia entre el variador y el motor*+imitar la distancia entre el variador y el motor*

J !umplir con las normas y procedimientos!umplir con las normas y procedimientos

de instalación*de instalación*anulan

suman

se

se

impar

par

p

p p Ipr

→±= 16




El filtro activo -enera una onda de polaridad contraria a la ondaEl filtro activo -enera una onda de polaridad contraria a la onda

armónica de corriente resultante del contenido armónico de la car-a*armónica de corriente resultante del contenido armónico de la car-a*

%RO%UES!A %ARA *I!IGACION DE AR*ONICOS %RODUCIDOS%RO%UES!A %ARA *I!IGACION DE AR*ONICOS %RODUCIDOS%OR VARIADORES DE VELOCIDAD U!ILI;ANDO FIL!ROS%OR VARIADORES DE VELOCIDAD U!ILI;ANDO FIL!ROSAC!IVOSAC!IVOS

a1 %RINCI%IO DE FUNCIONA*IEN!Oa1 %RINCI%IO DE FUNCIONA*IEN!O




+a potencia instantánea entre-ada por la fuente es/+a potencia instantánea entre-ada por la fuente es/

21 DISE<O DEL FIL!RO21 DISE<O DEL FIL!RO

+a corriente 0a4t5 calculada de la potencia activa de la car-a es/+a corriente 0a4t5 calculada de la potencia activa de la car-a es/

)().()( t ILt Vst p =

+a potencia consumida por la car-a/+a potencia consumida por la car-a/ ∫ ∫ ==T T

dt t ILt VsT

dt t pT

P 00

)().(1

)(1

+a tensión en la fuente/+a tensión en la fuente/ vsSenwt t Vs =)(

+a corriente en la car-a/+a corriente en la car-a/ )()()( t Iar t Iat IL +=

+a corriente activa consumida por la car-a/+a corriente activa consumida por la car-a/ IaefSenwt t Ia .2)( =

Vsef

P Iaef =

!omo/!omo/

IC IS IL +=

En el mejor de los casos se debe cumplir que/En el mejor de los casos se debe cumplir que/ )()( t IS t Ia =

Entonces se obtiene/Entonces se obtiene/ Iar IC =




+a potencia instantánea se obtiene del producto de (s e 0+, lue-o+a potencia instantánea se obtiene del producto de (s e 0+, lue-o

con un filtro pasa bajo obtenemos la potencia activa* e-uidamentecon un filtro pasa bajo obtenemos la potencia activa* e-uidamente

se obtiene 0a4t5 y de su diferencia con 0+ obtenemos 0ar la cual esse obtiene 0a4t5 y de su diferencia con 0+ obtenemos 0ar la cual es

comparada con la corriente que entre-a el filtro para -enerar loscomparada con la corriente que entre-a el filtro para -enerar lospulsos de disparo de los interruptores*pulsos de disparo de los interruptores*

c1 ES=UE*A DE CON!ROLc1 ES=UE*A DE CON!ROL

Para que el filtro trabaje con un condensador en lu-ar de una fuentePara que el filtro trabaje con un condensador en lu-ar de una fuente

auxiliar de tensión, se in-resa al esquema de control la referencia yauxiliar de tensión, se in-resa al esquema de control la referencia y

la tensión en el condensador a través de un control P0* El procesola tensión en el condensador a través de un control P0* El proceso

de control es dado por las ecuaciones anteriormente mostradas*de control es dado por las ecuaciones anteriormente mostradas*




d1 RESUL!ADOS DE LA SI*ULACI/Nd1 RESUL!ADOS DE LA SI*ULACI/N

e eli-ió este caso debido a que tiene un -rado mayor dee eli-ió este caso debido a que tiene un -rado mayor de

contaminación* 4&B#i de 79=C se->n medición en +aboratorio ycontaminación* 4&B#i de 79=C se->n medición en +aboratorio y

78C se->n simulación5*78C se->n simulación5*

H K 6

# #

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9

7

9

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#7

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6 6 * 6

6 * 6 9

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6*8 6*67

6*8 6*67

6*8 6*67

0maH

0ma

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)0+&HL "!&0(L

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%L&LH

),EM&E




El &B# de corriente conse-uido es inferior al 8C, lo cual cumple conEl &B# de corriente conse-uido es inferior al 8C, lo cual cumple con

las normas y recomendacioneslas normas y recomendaciones

!omparacion de las corrientes

& se 7*9;6 7*986 7*9<6 7*9D6 7*9=6 7*9F6 7*E66 7*E76 7*E96

:6*6;6

:6*6E6

:6*696

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6*666

6*676

6*696

6*6E6

!

o r r i e n t e

4 G "

5

0s 0a4t5 0+)actor de potencia

se- 7*9F6 7*E66 7*E76 7*E96 7*EE6 7*E;6 7*E86 7*E<6 7*ED6 7*E=6

:6*;6

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6*666

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6*6E6

6*6;6

!

o r r i e n t e

4 G "

5

0! 4corriente de compensación5




CONCLUSIONES 3 RECO*ENDACIONESCONCLUSIONES 3 RECO*ENDACIONES

JJ na 'erramienta computacional que modele adecuadamente losna 'erramienta computacional que modele adecuadamente los

()#?s y su influencia en los sistemas eléctricos es necesaria para el()#?s y su influencia en los sistemas eléctricos es necesaria para el

análisis de los problemas que pudiera -enerar la utilización de estosanálisis de los problemas que pudiera -enerar la utilización de estosdispositivos* En tal sentido, este art.culo demuestra la efectividad dedispositivos* En tal sentido, este art.culo demuestra la efectividad de

los software’s P!"#$E%&#! y E&"P, para el análisis de sistemaslos software’s P!"#$E%&#! y E&"P, para el análisis de sistemas

que involucren ()#’s, desde su funcionamiento intr.nseco 'asta suque involucren ()#’s, desde su funcionamiento intr.nseco 'asta su

interacción en una red eléctrica respectivamente*interacción en una red eléctrica respectivamente*JJ El espectro armónico -enerado por los ()#?s var.a se->n losEl espectro armónico -enerado por los ()#?s var.a se->n los

aspectos constructivos, tal como se comprobó con las medicionesaspectos constructivos, tal como se comprobó con las medicionesrealizadas*realizadas*

JJ El uso de inductancias de c'oque para minimizar el contenidoEl uso de inductancias de c'oque para minimizar el contenido

armónico de corriente que inyectan los ()#?s no es la solución másarmónico de corriente que inyectan los ()#?s no es la solución más

adecuada sino la más económica conocida 'asta el momento*adecuada sino la más económica conocida 'asta el momento*




JJ El filtro activo monofásico de in-reso puede ser colocado en unEl filtro activo monofásico de in-reso puede ser colocado en un

mismo punto de acoplamiento com>n, de tal manera de filtrar losmismo punto de acoplamiento com>n, de tal manera de filtrar los

armónicos producidos por un conjunto de ()#?s con lo cual searmónicos producidos por un conjunto de ()#?s con lo cual se

aprovec'ar.a mejor el filtro, 'aciendo mas factible su utilización*aprovec'ar.a mejor el filtro, 'aciendo mas factible su utilización*

JJ Es conveniente utilizar en una misma red las inductancias deEs conveniente utilizar en una misma red las inductancias de

c'oque y los filtros activos 4ya que estos filtrar.an una se@al dec'oque y los filtros activos 4ya que estos filtrar.an una se@al de

corriente menor, por lo cual el filtro activo ser.a de menor costo ycorriente menor, por lo cual el filtro activo ser.a de menor costo y

menos robusto5, permitiendo incluso se->n la forma demenos robusto5, permitiendo incluso se->n la forma defuncionamiento del sistema alternar su utilización*funcionamiento del sistema alternar su utilización*JJ El sistema propuesto de miti-ación de armónicos a través de unEl sistema propuesto de miti-ación de armónicos a través de un

filtro activo es más eficiente que cualquier sistema utilizado en lafiltro activo es más eficiente que cualquier sistema utilizado en la

actualidad, ya que reduce el &B# de corriente a un valor menor alactualidad, ya que reduce el &B# de corriente a un valor menor al

8C*8C*




GRAC AS POR SU

RAC AS POR SU

ATENC ON

TENC ON

CONSUL!AS"CONSUL!AS"(#car6ena>?g7ail.c(7(#car6ena>?g7ail.c(79.7(nte#)ener(?g7ail.c(79.7(nte#)ener(?g7ail.c(7

V S TE PERU

S TE PERU

V S T PERU

S T PERU

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