10 - El Nuevo Cicloconvertidor de 18 Pulsos para Molinos SAG Superiores A 25 MW - Esp [PDF]

Zitiervorschau

Reinhold A. Errath Robert Keller Zarko Konstantinovic

© Copyright year ABB. All rights reserved. - 1 10/8/2008

Minerals Processing - Drives Applications

GMD User Meeting 2008 El nuevo Cicloconvertidor de 18 pulsos para Molinos SAG superiores a 25 MW

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Resumen „

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 diseño del Cicloconvertidor puede cumplir 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 asequible manera de cubrir este incremento 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

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„

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.

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Cicloconvertidor de 6 pulsos – Diagrama Unifilar y Características

„

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.

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Cicloconvertidor de 12 pulsos – Diagrama Unifilar y Características „

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

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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 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 = fN = 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 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

Comparación de Cicloconvertidor de 12 pulsos - Armónicos 12 pulse CC f = fN = 5.538 Hz

nN 9.23 rpm

10.00% 9.00% 8.00% 7.00% 6.00% 5.00% 4.00% 3.00%

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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

Comparación de Cicloconvertidor de 18 pulsos - Armónicos 18 pulse CC f = fN = 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 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

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 = fN = 5.538 Hz

nN 9.23 rpm

10.00% 9.00% 8.00%

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7.00%

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

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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

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Forma común de entendimiento „

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 Cicloconvertidores de 6/12/18 Pulsos en el Motor

„

„

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„

Ondulación de tensión „

du/dt

„

Amplitud de rizado

Ondulación de corriente „

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 Ciclo de 6 pulsos – Forma de Onda de Tensión y Corriente 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

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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

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1000

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

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600

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

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18-pulsos CC

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

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Antamina – configuración actual de los filtros

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:

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Filtros para la 2ª, 4ª y 5ª son necesarios

Influencia en el Diseño de F&C cuando se emplea 18 pulsos 4/6

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Antamina – ¿Qué concepto de filtro resultaría en caso de emplear GMD’s de 18 pulsos en lugar de 12 pulsos? „

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

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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.

Influencia en el Diseño de F&C cuando se emplea 18 pulsos 6/6

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Antamina – Qué concepto de filtro resultaría en el caso de un GMD de18 pulsos en lugar de uno de 12 pulsos. „

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

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Esto es resultado de ambas consideraciones de seguridad y rendimiento.

El Cicloconvertidor de 18 pulsos contribuye a incrementar la potencia del molino SAG hasta 36 MW

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