VTCDs. Ride Through System - RTS. Universidade Federal de Itajubá Grupo de Qualidade da Energia - GQEE

Transcrição

1 VTCDs Ride Through System - RTS Universidade Federal de Itajubá Grupo de Qualidade da Energia - GQEE Professor: José Maria Carvalho Filho jmaria@unifei.edu.br Mestre: Rodolfo Ribeiro de Oliveira rodolfo.oliveira.eng@gmail.com

2 Tópicos VTCDs Abordados Introdução Princípio de funcionamento Efeitos do afundamento de tensão no ASD Sensibilidade dos ASDs Soluções ride-through Aplicações e considerações finais

3 Introdução VTCDs Acionamento a velocidade variável: Os acionamentos a velocidade variável (Adjustable Speed Driver ASDs) são equipamentos eletrônicos capazes de controlar, de maneira precisa, a velocidade de operação do motor, através da variação da magnitude e da frequência da tensão de alimentação do motor.

4 Introdução VTCDs Benefícios: Controle da corrente de partida, da aceleração e da velocidade de rotação do motor; Ajuste do ponto de torque máximo; Controle de parada de processo; Redução do consumo de energia elétrica.

5 Introdução VTCDs Preocupações: A condição de subtensão e/ou sobrecorrente que normalmente sucede os AMTs pode levar a atuação da proteção ocasionando o desligamento do equipamento e a consequente parada do processo; Mal funcionamento do ASD levando a flutuação do torqueedavelocidadedo motor e por consequência a redução da qualidade do produto final.

6 Introdução VTCDs Perdas econômicas: Os custos associados aos AMTs está diretamente ligado ao tempo de parada de processo eotempo para restabelece-lo; Em processos contínuos, como a fabricação de vidro, tecido e laminados, a parada do processo interfere diretamente na qualidade do produto final.

7 Princípio VTCDs de funcionamento Seu funcionamento se resume basicamente a retificação da tensão de entrada, normalmente por uma ponte a diodo de seis pulsos que depois é invertida por uma ponte completa, com chaves semicondutoras controladas a alta frequência.

8 Efeitos do afundamento VTCDsde tensão no ASD Na ocorrência do AMT, a tensão de entrada se torna menor queatensãodocapacitor, assim as correntes se anulam devido a inversão da polaridade do capacitor; Quanto a tensão de entrada retorna ao valor nominal ocorre uma rápida variação da tensão do capacitor, elevando a solicitação de corrente causando picos na corrente de entrada.

9 Severidade: Efeitos do afundamento VTCDsde tensão no ASD Tipo da falta; Impedância do alimentador; Conexões dos transformadores entre a concessionária e o ramal de alimentação da planta industrial; Topologia do ASD; Condições de operação da carga.

10 Efeitos do afundamento VTCDsde tensão no ASD Tipos de Afundamentos: AMT do tipo A é o mais severo,levaaomenor valor de tensão. AMT do tipo B é o menos severo,levaaomaior valor de corrente.

11 Sensibilidade VTCDs dos ASDs Em um estudo conduzido pelo EPRI-PEAC (Eletronic Power Research Institute Power Eletronic Applications Center) foram testados 17 ASDs comerciais e 90% deles foram desligados com tensão remanescente inferior a 0.5 p.u... Em geral, considera-se que os ASDs se sensibilizam com tensão remanescente entre 0,5 e 0,65 p.u., durante 8ms a 0,5 s; Uma forma adequada de avaliar a suportabilidade dos ASD é traçar sua curva de tolerância e comparar com as curvas de sensibilidade dos equipamentos eletrônicos, como a SEMI F47, ITIC e CBEMA.

12 Sensibilidade VTCDs dos ASDs

13 Soluções VTCDs ride-through Alimentação CC do sistema de controle Mitigação regenerativa Redução da velocidade e/ou da carga Motor com tensão reduzida Adição de capacitores no elo CC Conversores trifásicos

14 Alimentação CC VTCDs do sistema de controle Consiste basicamente na mudança da fonte primária de alimentação do circuito de controle (ASDs antigos); Quando a alimentação é feita pela rede CA, o circuito está sujeito a toda perturbação que possa vir a ocorrer na rede; Quando alimentado por corrente contínua, a energia armazenada no capacitor pode ser suficiente para que o sistema de controle suporte o afundamento de tensão por um certo intervalo de tempo.

15 Alimentação CC VTCDs do sistema de controle Vantagem: Menor sensibilidade aos distúrbios da rede. Desvantagem: O tempo que a solução será capaz de suportar os problemas está diretamente relacionado ao tamanho do capacitor (capacidade de armazenamento).

16 Mitigação VTCDs regenerativa Consiste em aproveitar a inércia da carga para transformar o motor de indução em um gerador, ou seja, converter a energia cinética em energia elétrica para ser armazenada no capacitor do elo CC. A energia cinética é convertida em energia elétrica e transferida para o capacitor no deslocamento do ponto b para o ponto c na curva de torque e velocidade.

17 Mitigação VTCDs regenerativa Ponto a : V e Te unitário f=60hz ω= 1700 rpm; Ponto b : V e f diminuem ω não varia instantemente; Aparece um torque negativo que desacelera até o ponto d.

18 Mitigação VTCDs regenerativa

19 Mitigação VTCDs regenerativa Vantagens: Apenas pequenas modificações de software; Não ocorre desenergização do campo magnético do motor. Desvantagens: Variação de velocidade e inversão de torque, por consequência maior esforço dinâmico do motor; A duração é dependente da inércia da carga mecânica acionada; Não é indicado para processos contínuos.

20 Redução da velocidade VTCDs e/ou da carga A corrente solicitada pelo elo CC é diretamente proporcional à variação da frequência (ventiladores e bombas). Consiste em diminuir a solicitação de corrente com o intuito de prolongar a capacidade de alimentação da energia armazenada no capacitor

21 Redução da velocidade VTCDs e/ou da carga Vantagens: Não necessita de hardware adicional; Para redução de 50% de carga e velocidade, o aumento no tempo de suportabilidade pode chegar a 4 vezes. Desvantagens: A aplicação pode não aceitar operação com velocidade/carga reduzidas; Somente aplicável para cargas com torque variável (ventiladores e bombas).

22 Motor com VTCDs tensão reduzida Equipamento V ac V cc ASD 460 V 620 V Motor de indução 230 V - Neste caso, a tensão remanescente pode chegar 0,45 p.u.

23 Motor com VTCDs tensão reduzida Vantagens: Não necessita de hardware adicional; Desvantagens: A tensão do ASD é o dobro da tensão nominal do motor de 230 V; O isolamento do motor deve ser capaz de suportar as tensões providas pelo ASD de 460 V.

24 Adição VTCDs de capacitores Equipamento V ac V cc P 0 C V cc,trip t r ASD 460 V 620 V 10 hp 5000 µf 0,9 x V cc 0,5 s, Deve-se instalar 20 unidades de 5000 µf

25 Adição VTCDs de capacitores Vantagens: Solução simples e robusta; Maior energia armazenada. Desvantagens: Custo relativamente alto, devido a necessidade de espaço para instalação, considerações de segurança e circuitos de carregamento adicionais; Maiores picos de corrente, que pode levar a atuação do sistema de proteção ou danificar componentes.

26 Conversores VTCDs trifásicos Conversor boost unidirecional (passivo): Consegue manter a tensão no elo CC muito próxima ao seu valor de regime permanente, mesmo frente à afundamentos severos, nos quais a tensão remanescente chega a 0,50 p.u

27 Conversores VTCDs trifásicos Conversor boost bidirecional (ativo): A mitigação pelo uso de conversores ativos constitui na substituição da ponte retificadora a diodo por um retificador PWM.

28 Conversores VTCDs trifásicos Vantagens: Oferece imunidade a afundamentos de tensão e transitórios; Pouca quantidade de harmônicos de corrente de entrada; A tensão do barramento CC pode ser regulada conforme necessidade pelo inversor e ajustada pelo usuário.

29 Conversores VTCDs trifásicos Desvantagens: Hardware adicional deve ser adequadamente especificado devido à corrente adicional absorvida durante afundamento de tensão; Em caso de interrupção, o amplificador não será capaz de manter o funcionamento.

30 Aplicações e VTCDs considerações finais Soluções de fácil implementação: Alimentação CC do sistema de controle; Redução da velocidade e/ou da carga; Motor com tensão reduzida. Soluções para pequenas cargas: A adição de capacitores ao elo CC.

31 Aplicações e VTCDs considerações finais Processos que não suportam variação de velocidade: Alguns processos não suportam variação de velocidade superior a 5% por mais de 500 ms; Evitar o uso de mitigação regenerativa e a operação com velocidade e/ou carga reduzida; Com uma pequena variação da velocidade, a alteração da característica V/Hz com ajuste de tape do transformador pode ser uma alternativa interessante.

32 Aplicações e VTCDs considerações finais Retificadores Bidirecionais: São recomendados para aplicação em utilizados em processos que necessitem que o fluxo de energia seja nos dois sentidos do conversor.

33 Ride Through VTCDs System - RTS F I M