Transcript
Reinhold A. Errath Robert Keller Zarko Zarko Konstan Konstantin tinovi ovic c Minerals Minerals Proce Processin ssing g - Drives Drives Applica Applications tions
. B 1 B . A d r e a v r e e y s t e h r g s 8 i r t 0 y h 0 p i g 2 o r / l 8 / C l A 0 © 1
GMD GMD Us Us er Meet Meet i n g 2008 2008 El nuevo nuevo Cicloconvertidor Cicloconvertidor de 18 pul sos para Mol Molino inos s SAG superi su perior ores es a 25 MW
Resumen
2 B B A r a e y t h g i r y p o C ©
La potencia y el diámetro de los molinos SAG se ha incrementado continuamente desde los últimos 50 años. ABB espera para los próximos años un aumento en el diámetro desde 42 hasta 44 pies y en potencia hasta 36 MW.
El actual actual dise diseño ño del Cicl Cicloco oconve nverti rtidor dor puede puede cumplir cumplir con con los requisitos de hoy en términos de potencia, operando a grandes alturas y con un máximo de 150% de par de arranque, pero ¿cuál será la mejor y más asequibl asequible e manera de cubrir cubrir este increment incremento o de tamaño?
No sólo el incremento de la potencia es una preocupación, sino también los armónicos generados hacia la red y las fluctuaciones de tensión en el lado del motor deben de ser tomados en cuenta.
Existen varias soluciones posibles para estos problemas.
Posibles Soluciones
3 B B A r a e y t h g i r y p o C ©
Las siguientes opciones son posibles:
Cicloconvertidor de 12 pulsos con tiristores conectados en paralelo con un motor de un solo bobinado trifásico.
Dos cicloconvertidores de 12 pulsos cada uno, independientes pero idénticos, con un solo motor de dos bobinados trifásicos.
ACS 6000 multimotor con dos motores de un solo bobinado trifásico cada uno.
Cicloconvertidor de 18 pulsos con un motor de un bobinado trifásico.
De todas estas posibilidades , el cicloconvertidor de 18 pulsos fue tomado en cuenta.
Cicloconvertidor de 6 pulsos – Diagrama Unifilar y Características
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Diseño convencional para todos los GMD por debajo de 8 MW
Un transformador con un bobinado secundario por fase.
Cicloconvertidor con un solo puente en antiparalelo
Cicloconvertidor contiene 36 tiristores.
Cicloconvertidor de 12 pulsos – Diagrama Unifilar y Características
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Diseño convencional para todos los GMD superiores a 8 MW
3 Transformadores de cicloconvertidor
Cada transformador con dos bobinados secundarios
Cada fase del motor consta de 2 tiristores conectados en serie
Cicloconvertidor contiene 72 tiristores
Cicloconvertidor de 18 pulsos – Diagrama Unifilar y Características La misma…. Disposición básica y número de transformadores de cicloconvertidor Nuevo …. Transformadores de cicloconvertidor tienen 3 bobinados secundarios Cada fase del motor consta de 3 tiristores conectados en serie en lugar de dos El cicloconvertidor contiene 108 tiristores Se logra …. Mayor potencia de motor Mayor nivel de tensión de motor 6 B B A r a e y t h g i r y p o C ©
Menor contenido de armónicos hacia la red Menor rizado de tensión en el motor
Comparación de Cicloconvertidor de 6 pulsos - Armónicos 6 pulse CC f = f N = 5.538 Hz
nN 9.23 rpm
10.00% 9.00% 8.00% 7.00% 6.00% 5.00% 4.00% 3.00% 2.00%
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1.00% 0.00% 0 Hz 141 (DC): Hz
282 Hz
423 Hz
564 Hz
705 Hz
846 Hz
987 Hz
1128 1269 1410 1551 1692 1833 1974 2115 2256 2397 2538 2679 2820 2961 Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz
Comparación de Cicloconvertidor de 12 pulsos - Armónicos 12 pulse CC f = f N = 5.538 Hz
nN 9.23 rpm
10.00% 9.00% 8.00% 7.00%
6.00% 5.00% 4.00% 3.00% 2.00%
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1.00% 0.00% 0 Hz (DC):
141 Hz
282 Hz
423 Hz
564 Hz
705 Hz
846 Hz
987 Hz
1128 1269 1410 1551 1692 1833 1974 2115 2256 2397 2538 2679 2820 2961 Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz
Comparación de Cicloconvertidor de 18 pulsos - Armónicos 18 pulse CC f = f N = 5.538 Hz
nN 9.23 rpm
10.00% 9.00% 8.00% 7.00% 6.00% 5.00% 4.00% 3.00% 2.00%
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1.00% 0.00% 0 Hz 141 (DC): Hz
282 Hz
423 Hz
564 Hz
705 Hz
846 Hz
987 Hz
1128 1269 1410 1551 1692 1833 1974 2115 2256 2397 2538 2679 2820 2961 Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz
Comparación desbalance en línea de alimentación 12 pulse CC f = fN = 5.538 Hz
nN 9.23 rpm
10.00%
9.00%
8.00%
7.00%
sin desbalance
6.00%
5.00%
4.00%
3.00%
2.00%
1.00%
0.00% 0 Hz 135 (DC): Hz
270 Hz
405 Hz
540 Hz
675 Hz
810 Hz
945 1080 1215 1350 1485 1620 1755 1890 2025 2160 2295 2430 2565 2700 2835 2970 Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz
12 pulse CC f = f N = 5.538 Hz
nN 9.23 rpm
10.00% 9.00% 8.00% 7.00%
0 1 B B A r a e y t h g i r y p o C ©
con desbalance
6.00% 5.00% 4.00% 3.00% 2.00% 1.00% 0.00% 0 Hz 141 (DC): Hz
282 Hz
423 Hz
564 Hz
705 Hz
846 Hz
987 1128 1269 1410 1551 1692 1833 1974 2115 2256 2397 2538 2679 2820 2961 Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz
Grupo Vectorial de Transformadores y Disparo de Tiristores Yd10:20d11d11:40 or Dd11:20d0d0:40 310 – 330 – 350 340 – 0 - 020 0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII A B
40 0
C 1 1 B B A r a e y t h g i r y p o C ©
B C
100 60
20 0
120 80
60 30
160 180 140 120
90
220 240 200 180
150
280 300 260 240
210
340 360 320 300
270
360 330
Forma común de entendimiento
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De los puntos de vista anteriormente mostrados, es evidente, en términos de generación de armónicos, que el cicloconvertidor de 18 pulsos tiene un mejor desempeño que el cicloconvertidor de 12 pulsos.
Pero, ¿cuál es el resultado práctico cuando se usa un cicloconvertidor de 18 pulsos?
Comparación de efectos de Cicloconverti dores de 6/12/18 Pulsos en el Motor
Ondulación de tensión
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Amplitud de rizado
Ondulación de corriente
du/dt
Amplitud Frecuencia
Pulsaciones de par
El cicloconvertidor es famoso por sus bajas pulsaciones de par.
¿Cuál es la influencia de 6/12/18 pulsos en las frecuencias de excitación de la estructura del motor?
Comparación de Cicl o de 6 pulsos – Forma de Onda de Tensión y Corri ente en el Motor Usag_sr1_dc 3000
UPhase 2500 2000
1500
1000
500
0
-500
-1000
-1500
Isag_sr1_dc 6000
I Phase 5000
4000
3000
4 1 B B A r a e y t h g i r y p o C ©
2000
1000
0 0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
Comparación de Ciclo de 12 pulsos – Forma de Onda de Tensión y Corriente en el Motor Usag_sr1_dc 5000
U Phase 4000
3000
2000
1000
0
-1000
Isag_sr1_dc 2500
I Phase 2000
1500
1000
5 1 B B A r a e y t h g i r y p o C ©
500
0 0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
Comparación de Ciclo de 18 pulsos – Forma de Onda de Tensión y Corriente en el Motor Usag_sr1_dc 7000
U Phase 6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
-1000
Isag_sr1_dc 1600
I Phase 1400
1200
1000
800
600
6 1 B B A r a e y t h g i r y p o C ©
400
200
0 0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
Límites de Potencia de Cicloconvertidores de 12 y 18 pulsos
V Ph to Ph
I
Ph
ü
PN Mot
[V]
[A]
[MW]
4600
4000
1.3
23.29
5800
3350
1.3
24.59
6900
4000
1.3
34.93
8700
3350
1.3
36.89
12-pulsos CC
18-pulsos CC 7 1 B B A r a e y t h g i r y p o C ©
Influencia en el Diseño de F&C cuando se emplea 18 pulsos 1/6
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La mejor manera de mostrar el rendimiento de un ciclo de 18 pulsos es:
tomar el diseño de una planta existente
cambiar el cicloconvertidor del molino SAG de uno 12 pulsos por uno de 18 pulsos
calcular los filtros de armónicos para el cicloconvertidor de 18 pulsos empleando el mismo modelo utilizado originalmente para el cicloconvertidor de 12 pulsos.
Como ejemplo y por razones practicas, la planta de Antamina fue elegida.
1 Molino SAG
3 Molinos de Bolas
Otras cargas no lineales, provenientes de las cintas transportadoras, bombas etc., representan alrededor de 15 MW en configuraciones de 6 y 12 pulsos
Carga no lineal total de la planta es de aproximadamente 80 MW
Influencia en el Diseño de F&C cuando se emplea 18 pulsos 2/6 Antamina – configuración actual de los filtros
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Influencia en el Diseño de F&C cuando se emplea 18 pulsos 3/6 Antamina – cartas de impedancia con filtros para las mayores fuentes de armónicos, 11ª, 13ª y 23ª armónicos del GMD
Los filtros 11ª, 13ª, son muy eficientes, no se nota resonancia en paralelo
Pero elevadas resonancias en paralelo de la 2ª, 4ª y 5ª son observadas
Consecuencias: Filtros para la 2ª, 4ª y 5ª son necesarios 0 2 B B A r a e y t h g i r y p o C ©
Influencia en el Diseño de F&C cuando se emplea 18 pulsos 4/6 Antamina – ¿Qué concepto de filtro resultaría en caso de emplear GMD’s de 18 pulsos en lugar de 12 pulsos?
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Ambos tipos de GMD tienen prácticamente las mismas características de carga (idéntica potencia activa y reactiva). Consecuencia: aún se requieren dos juegos de filtros de 35 MVAr cada uno.
No es necesario ni el suministro de la red ni de energía adicional para llegar a la meta para que el factor de potencia haya cambiado. Consecuencia: la energía que puede encenderse a la vez - tiene que ser limitada a unos 12MVAr
En lugar de comenzar con los filtros en 11ª, 13ª y 23a, estos deben de comenzar en 17ª, 19ª y 35ª
Sin embargo, debido a las mismas razones, el concepto de 3 filtros fue abandonado para los GMD de 12 pulsos al igual que para los 18 pulsos, sería el mismo concepto que en el caso de 12 pulsos
Influencia en el Diseño de F&C cuando se emplea 18 pulsos 5/6 Antamina – Qué concepto de filtro resultaría en el caso de un GMD de 18 pulsos en lugar de uno de12 pulsos. Antamina, actual concepto de filtro
Filtros de 2 ª, 3 ª, 4 ª, 5 ª, 7 ª, 11 ª, 13 ª, son muy eficientes. No se nota resonancia en paralelo.
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Influencia en el Diseño de F&C cuando se emplea 18 pulsos 6/6 Antamina – Qué concepto de filtro resultaría en el caso de un GMD de18 pulsos en lugar de uno de 12 pulsos.
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La carga de los componentes del filtro serían básicamente la misma para ambos casos del GMD, debido: Al lado del GMD existe una considerable cantidad de otros accionamientos de velocidad variable, los cuales siguen teniendo rectificadores de 6 o 12 pulsos.
Mayor de la carga del filtro proviene de la red de alimentación (calculado para el peor de los casos!), la cual se mantiene sin cambios
Ambos GMD’s de 12 y 18 pulsos producen armónicos "atípicos" (los cuales realmente no deberían estar ahí), adicionalmente a sus armónicos "típicos“.
Por otra parte, los armónicos laterales son producidas por ambos tipos de cycloconvertidores.
Conclusión
Desde el punto de vista de diseño
Corrección del factor de potencia y
Sistema de filtro de armónicos
Prácticamente no hay diferencias entre el GMD de 12 y 18 pulsos Esto es resultado de ambas consideraciones de seguridad y rendimiento. 4 2 B B A r a e y t h g i r y p o C ©
El Cicloconvertidor de 18 pulsos contribuye a incrementar la potencia del molino SAG hasta 36 MW
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