AHORRO Y CALIDAD DE ENERGÍA

AHORRO Y CALIDAD DE ENERGÍA

Variador Industrial Matrix (U1000)

Con conversión directa de CA a CA

M

Características del U1000

Bajos armónicos

Cumple con IEEE519-1992

Factor de potencia real

0.98 o mayor

Eficiencia superior

19% menos perdidas

Regeneración de energía

Menor demanda de energía

Tamaño compacto

Reducción del 65%

Mayor control de motores

Topología de un variador convencional

Los variadores convencionales convierten CA a CD a través de una etapa

rectificadora y un bus de capacitores, luego convierten la CD de vuelta a CA con

una sección inversora.

•

Ventajas básicas:



Control de procesos y ahorro de energía

Buen factor de potencia de desplazamiento

Tamaño compacto

•

Desventajas básicas:



Distorsión armónica en la entrada

Bajo factor de potencia verdadero



Requiere componentes para lidiar con la regeneración

L1

IM

T3

T1

T2 L2

Topología de variador Matrix

La tecnología Matrix crea una salida variable directamente de la entrada de CA (no

hay bus de CD), a través de 9 interruptores bidireccionales

•

Ventajas básicas

(vs. Variadores convencionales):



Bajos armónicos de entrada



Alto Factor de potencia verdadero

Ahorro de energía en la regeneración

•

Desventajas básicas

(vs. Variadores convencionales):



Costo



Tamaño físico

(pero mucho mas pequeño que otras soluciones de bajos armónicos)

Regeneración de energía

AC AC Electric IM ER ES ET

U tility g rid IR IS IT R S T Cf U V W VU VV VW IU IV IW

M o to r S 1 1

S 2 1

S 3 1

S 1 2

S 2 2

S 3 2

S 1 3

S 2 3

S 3 3 ＝

～

Teoría Matrix

Pattern1

Pattern2

Pattern3

Vuv = ( est * t2 + ert * t3 ) / t_total

e

Input Phase Voltage

0ﾟ 90ﾟ 180ﾟ 270ﾟ 360ﾟ

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 8 9 10 11

Enlargement Area

e

Enlargement

e

e

e

e

e

e

e

Vuv

1 2 3 2 1

t1/2 t2/2 t3 t2/2 t1/2

Pattern

t_total

 Cada fase de salida se genera con la conmutación de las 3 fases de entrada.

 Se producen 3 niveles de manera permanente pero el primer paso (1st _{step ) varia su magnitud entre el 50 y el}

Comparación con variadores convencionales

△

△

○

×

△

△

Conversion

X = No disponible △= Bueno ○= Mejor ◎= Excelente

M AC

Filter PWM _Drive PWM Converter M PWM Drive Braking Unit Braking resistor Input Reactor

U1000

Matrix Drive

◎

◎

◎

◎

◎

◎

Comparación de desempeño armónico

AC Drive

without Reactor

88

％

0.75

AC Drive with DC Choke

AC Drive

with Multi-pulse

6 to 12

％

0.98

33

％

0.9

3 to 5

％

0.98

Forma de onda Espectro de corrientes Distorsión FP verdadero

U1000

Comparación de desempeño armónico – U1000 vs. Multi-pulsos

Es posible un desempeño armónico excelente en un rango mas amplio de carga comparado con una configuración Multi-pulsos.

(f = 60Hz)

0.0% 5.0% 10.0% 15.0% 20.0% 25.0%

25.0% 50.0% 75.0% 100.0%

iTHD

Carga

Comparación de desempeño armónico– U1000 vs. Competencia

0.0 Hz 20.0 Hz 40.0 Hz 60.0 Hz 80.0 Hz

THD [%]

Moto

r Pow

er[%]1

00%=

40

HP

Fig.1. Comparación para un perfil de torque variable de iTHD

Load

U1000

Competitor’s LH Drive

<10% THD at 13% load (Half Speed VT)

5% THD at 61% load (90% Speed for VT)

EcoMode (Pass Through)

Power Supply

M Motor

AC Drive Phase detector Phase

detector

Contactor Contactor Contactor

La conmutación con la alimentación comercial requiere, normalmente, componentes adicionales

Variador convencional con Bypass

Operation with AC drive

P

o

w

e

r

su

p

p

ly

freq

u

e

n

cy

Operation with AC drive

Power Supply Frequency (50 or 60 Hz)

Time

EcoMode (Pass Through)

El variador Matrix puede conmutar a la línea de manera directa sin los componentes típicos de un Bypass

M Motor Power Supply

U1000

No se Requieren Periféricos!

Variador Matrix U1000

Nota: Solo para control V/F

iTHD:

- 2.7% (15HP) - 1.6% (60HP)

EcoMode Outp

ut F req

Power Supply Voltage

Output Voltage

Entrada

Definición de Factor de Potencia Verdadero

El factor de potencia de distorsión (distortion power factor) describe como la distorsión armónica de la corriente de una carga disminuye la potencia promedio

que se le transfiere a esa misma carga.

El resultado, cuando se multiplica con el factor de potencia de desplazamiento (DPF) es el factor de potencia verdadero o simplemente

factor de potencia (PF):

Factor de potencia – U1000 vs. Variador estándar

El factor de potencia verdadero mejora por aproximadamente 21% contra un variador estándar (6-pulsos).

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0

20

40

60

Factor

de potenc

ia

v

erdadero

Frecuencia de salida (Hz)

Matrix

Standard Drive w/o Bus Choke

< 5% iTHD @65%

UP

Comparación de eficiencia – U1000 vs. Multi-pulse

El U1000 tiene mayor eficiencia comparado con una configuración de 18 pulsos.

80% 82% 84% 86% 88% 90% 92% 94% 96% 98% 100%

30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

E

fici

encia

Velocidad

Eficiencia del subsistema

(excluyendo motor)

Matrix

Comparación de eficiencia – U1000 vs AFE convencional

El U1000 tiene mayor eficiencia comparado con una solución convencional de AFE (Active Front End)

0.0% 10.0% 20.0% 30.0% 40.0% 50.0% 60.0% 70.0% 80.0% 90.0% 100.0% 0.0% 10.0% 20.0% 30.0% 40.0% 50.0% 60.0% 70.0% 80.0% 90.0% 100.0%

15 20 30 40 51 57 58 59 60

E fici encia P o tencia d e sa lida

Frecuencia de salida

Comparación de eficiencia

Matrix Drive Eff

Total System Eff w / Matrix

Conventional AFE Drive Eff

Ahorro de energía por regeneración

Una resistencia de frenado convierte la energía en calor; Sin embargo, esta energía regenerada puede regresarse a la línea para ahorrar energía.

Uso eficiente de energía

Configuración con resistencia

AC drive

Regenerative energy

Motoring energy

Heat

Braking resistor

Motor Power

Supply

Wasteful!

U1000

Motor Power

Supply

Regenerative energy Motoring energy

Puedes

Ahorrar

todo esto!

Consumo anual de energía

Variador estándar con resistencias：10,150kWh Variador Matrix : 4,700kWh

Ahorro: 5,450 kWh

Costo anual de energía

Variador estándar con resistencias ：$2,030 Variador Matrix ：$940

Ahorro: $1.090

Ahorro de energía por regeneración

【Ejemplo: Ahorro de energía por regeneración】

43 HP

22 HP

2 s 30 s 2 s 90 s

Lifting

Lowering

Drive

Regeneration ■ Operation Cycle

Power

Speed

51 HP

32 HP

15 HP

30 HP

2 s 30 s 2 s 90 s

La energía regenerativa se

usa en lugar de ser descartada

Demanda de energía reducida por regeneración

U1000

Visualizando

ahorros de

energía

El U1000 puede monitorear y

entregar información de energía.

Esto permite ver inmediatamente

la energía ahorrada.

ENERGIA REGENERADA

CUENTA DE ENERGIA ENERGIA

AHORRADA CONSUMO DE ENERGIA

Características de picos bajos

Motor terminal voltage (2ms/div)

Motor terminal voltage (50μs/div)

Enlarged

Surge voltage Surge voltage

Valor promedio del pico = 0.69 x Variador estándar

Valor máximo del pico = 1.0 x Variador estándar

Valor mínimo del pico = 0.5 x Variador estándar

Variador estándar Control de 2 niveles

Enlarged

Convertidor Matrix (durante nivel 3)

Ruido electromagnético

0.15 0.50 1.00 5.00 10.00 30.00

0 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 周波数

レベル

Frecuencia [Hz] 100 80 60 40 Niv e l [d B( uV)] 20 120 10M 30M

--- Variador convencional

---Variador Matrix

Emisiones conducidas

Ruido electromagnético

30.0 50.0 100.0 200.0 300.0

0 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 周波数 レ ベ ル [MHz] [dB(μV/m)]

30M 100M 300M

Frecuencia [Hz] 100 80 60 40 Niv e l [dB(μV )] 20 Variador convencional

--- sonda horizontal

--- sonda vertical

Variador Matrix

--- sonda horizontal

--- sonda vertical

Emisiones radiadas

Comparativa de diseño – U1000 vs. Componentes activos separados

Cableado Reducido

70%

20 6

Tamaño reducido

65%

81%

19%

Componentes para

reducción de

armónicos, como

reactores de entrada

de CA, filtros de

armónicos o

capacitores, no son

necesarios, Lo que

ayuda a ahorrar

cableado, espacio y

costos de energía.

Ejemplo: 480V 40HP

AFE AC drive Reactor for

Harmonic Filter Capacitor for Harmonic Filter

AC reactor

Power Supply Motor

Active Front End (AFE)

Variador Matrix U1000

Power Supply Motor

U1000 Matrix Drive MCCB

AC Drive AFE

Converter MCCB

AC Reactor Reactor for

Harmonic Filter

84

71 48 57

Capacitor for Harmonic

Filter

Integrar las cualidades de un sistema AFE en un único paquete reduce dramáticamente el espacio en gabinete requerido.

1/2 del área de

piso requerida

U1000 (250HP) AFE Converter and AC Drive (250HP)

Tamaño

compacto

Standard drive Input

AC reactor

18P Autotransformer

Diode Module

Comparativa de diseño – U1000 vs. Multipulsos

Comparado con los componentes individuales para 18P, el espacio de instalación y el peso disminuirán. Además, el cableado baja de 25 a 6 cables.

Sistema de 18P con variador

Variador Matrix U1000

Componentes adicionales necesarios para un sistema de 18 Pulsos.

 Reactor de CA de entrada

 Autotransformador de 18P

 Modulo de diodos

Combina la función de convertidor e inversor.

Tiene integrado un filtro EMC para ruido.

3 cables SALEN

3 cables

Comparativa de diseño – U1000 vs. Multipulsos

U1000 Matrix Drive

MCCB

W

Contactors

H

U1000 con Bypass

Integrated Fuses

Espacio en piso: Aprox. 65% menos

Espacio en pared: Aprox. 50% menos

Tamaño compacto

HP 18 Pulse Bypass U1000 Bypass

H W D H W D

50 78.7 31.5 33.2 62 20 19

125 79 64 35 74 35 21

Integrar las características de multipulsos en un paquete reduce dramáticamente el tamaño del gabinete.

H

W

AC Drive

Fused DS (CB)

Phase Shift Transformer 18p

Rectifier

Fuses

Contactors

Rango de potencias

* Equipos mayores de 480V están en investigación.

Variador Matrix U1000

240 Volt Class

480 Volt Class

10-100HP

7.5-350HP

Control para las tecnologías de motores de hoy y mañana

Motores de inducción

Motores de imanes permanentes en

superficie (SPM)

Motores de Imanes permanentes en

Herramientas de configuración y monitoreo

Operador digital para fácil acceso

 Display LCD con información descriptiva

 Montable en ubicación remota

 Memoria interna para respaldo de configuración

 Soporte de idiomas  Ingles, español, francés

 Portugués, alemán, italiano

 Japonés, chino

Unidad de copiado USB

 Un botón para copiar y pegar

Generador de Tag para RSLogix 5000

Software DriveWizard para configuración en PC

 Usa el puerto USB del U1000 (¡no se

requieren cables especiales!)

 Configuración, monitoreo, graficado de

Flexibilidad para aplicaciones

I/O Estándar

 Entradas digitales (8)

 Entradas analógicas (3)

 Entrada de pulsos (1)

 Salidas digitales (3)

 Salidas analógicas (2)

 Salidas de pulsos (1)

Módulos de expansión de I/O

 Entradas digitales (16)

 Entradas analógicas (3)

 Salidas digitales (8)

 Salidas analógicas (2)

Módulos de expansión para retroalimentacion

 Encoder incremental

 Encoder absoluto

 Resolver

< 5% iTHD @65% Speed 3 puertos

Flexibilidad para aplicaciones

Puerto de comunicaciones estándar

 Modbus RTU

Módulos de comunicación

 DeviceNet

 EtherNet / IP

 Modbus TCP / IP

 Profibus DP

 ProfiNet

< 5% iTHD @65% Speed 3 puertos

Seguridad funcional integrada

•

Safe Torque Off (STO)



Solución de seguridad categoría 3



Certificado TUV EN/ISO 13849-1 (PLe) y IEC 62061 (SIL CL3)



Señales de retroalimentacion de estatus para un controlador de seguridad

(relevador)

Safety rated Input devices

A1000

H1 HC

Motor Power Supply

Controller

H2

DM+

DM-EDM

Safety controller

Feedback loop

•

¡Arregle problemas

mecánicos o de

mantenimiento sin bloqueo/

etiquetado!

Resumen del U1000

Bajos armónicos

Cumple con IEEE519-1992

Factor de potencia real

0.98 o mayor

Eficiencia superior

19% menos perdidas

Regeneración de energía

Menor demanda de energía

Tamaño compacto

Reducción del 65%

Mayor control de motores

Gracias

U1000