Ciclo de vida de inversores de frequência

Transcripción

Moysés Barros, DM Drives – Service / Automation & Power World Brasil, 13.09.2012
Ciclo de vida de inversores de frequência
História dos Inversores ABB
© ABB Group
8 de outubro de 2012 | Slide 1
História dos Inversores ABB
Sumário
Linha do Tempo dos Drives de Baixa Tensão (LV Drives)
Linha do Tempo dos Drives de Média Tensão (MV Drives)
Evolução dos semicondutores: Diodo, Tiristor, Transistor
Bipolar, GTO, IGBT, IGCT
Diferentes topologias de potência – Retificadores e
Inversores
Tecnologia de Controle DTC
© ABB Group
Linha do Tempo para LV Drives
Uma história de Sucesso
AC converter
for traction
systems
1969
1975
First
Industrial
frequency
converter
SAMI A
(Analogue)
© ABB Group
October 8, 2012 | Slide 3
3BHT490546R0001, Rev. H
SAMI B for
production
4000
1981
SAMI
STAR for
production
(1st gener.)
34.000
ACS 300
and
ACS 600
SD/MD
350.000
ACS 500
and
ACV 700
1985
SAMI
Ministar
and
SAMI
Flowstar
1988
1992
DCS 500
and
DCV 700
ACS 550
and
ACS 800
SD/MD
1995
Direct
Torque
Control
(DTC)
1998
ACS 850
2003
ACS 400
and
AC 80
controler
2008
ACS 580
and
ACS 880
Linha do Tempo para LV Drives
Uma história de Sucesso
AC converter
for traction
systems
1969
1975
First
Industrial
frequency
converter
SAMI A
(Analogue)
© ABB Group
3BHT490546R0001, Rev. H
SAMI B for
production
4000
1981
SAMI
STAR for
production
(1st gener.)
34.000
ACS 300
and
ACS 600
SD/MD
350.000
ACS 500
and
ACV 700
1985
SAMI
Ministar
and
SAMI
Flowstar
1988
1992
DCS 500
and
DCV 700
ACS 550
and
ACS 800
SD/MD
1995
Direct
Torque
Control
(DTC)
1998
ACS 850
2003
ACS 400
and
AC 80
controler
2008
ACS 580
and
ACS 880
Linha do Tempo para MV Drives
Tecnologia como a pedra fundamental do sucesso
AC drive
development
started
1969
Direct
Torque
Control
(DTC)
© ABB Group
3BHT490546R0001, Rev. H
Megastar
3-level PWM
MV drive
with vector
control
1985
Integrated
Gate
Commutated
Thyristors
(IGCTs)
ACS 1000
first IGCTbased MV
drive
ACS 6000
first MV
multidrive
with PEBB
technology
Self-healing
capacitors
1993
1995
1997 1999
Extension
of PEBB
technology
(3 – 27
MVA)
ACS 5000
first MV drive
with VSI-MF
topology
2003
2005
2009
ACS 2000
MV drive
for directto-line
connection
Linha do Tempo para MV Drives
Tecnologia como a pedra fundamental do sucesso
AC drive
development
started
1969
Direct
Torque
Control
(DTC)
© ABB Group
3BHT490546R0001, Rev. H
Megastar
3-level PWM
MV drive
with vector
control
1985
Integrated
Gate
Commutated
Thyristors
(IGCTs)
ACS 1000
first IGCTbased MV
drive
ACS 6000
first MV
multidrive
with PEBB
technology
Self-healing
capacitors
1993
1995
1997 1999
Extension
of PEBB
technology
(3 – 27
MVA)
ACS 5000
first MV drive
with VSI-MF
topology
2003
2005
2009
ACS 2000
MV drive
for directto-line
connection
Semicondutores de Potência - GTO
© ABB Group
Semicondutores de Potência – IGBT
© ABB Group
Semicondutores de Potência – Power Plate (IGBT’s )
© ABB Group
•
Seis IGBTs integrados
em um Power Plate
•
Tamanho compacto com
poucas conexões
•
Imunidade ao ruido
•
Alta confiabilidade
Semicondutores de Potência – IGCT e HV IGBT
Integrated Gate Commutated
Thyristors (IGCTs)
High Voltage Insulated Gate Bipolar
Transistors (HV IGBTs)
Direct Torque Control (DTC)
Plataforma de hardware e software
compartilhados
Número reduzido de componentes
Custo reduzido
Confiabilidade assegurada
© ABB Group
3BHT490546R0001, Rev. H
Drives – do menor ao maior
© ABB Group
Painéis de Drives ACV700 (Multidrive)
© ABB Group
Topologias – Inversor 3 níveis
Drive ACV700 com GTO’s
© ABB Group
Topologias – Inversor 3 níveis
Drive ACV700 com IGBT’s
© ABB Group
Topologias – Inversor 5 níveis (ACS1000)
Retificador de 12 pulsos e com Filtro Senoidal na saída
Topologias de Potência – Pontes de Entrada
Retificadores de 12 ou 24 pulsos disponíveis para MV Drives
© ABB Group
3BHT490557R0001 Rev. A
Current waveform
Current waveform
Current waveform
24-pulse rectifier
12-pulse rectifier
6-pulse rectifier
Reliable diode rectifier
solution for lowest line
harmonics, compliant with
all common harmonic
standards
Technically simple and
reliable solution, sufficient
for most supply networks
Generally not accepted
anymore in the MV drives
market due to high
network harmonics
Topologia de Retificadores AFE – ACS2000
Lado Rede – Active Front End (AFE) com filtro de entrada
© ABB Group
Topologia do Inversor ACS2000 – 9 níveis
Lado Motor
Inverter unit with output filter for dv/dt limitation
© ABB Group
Tensão de saída no motor – Drive ACS2000
© ABB Group
Tecnologias de Controle – DTC
Powerful control platform
Power loss ride through
One second (i.e. 50 / 60 cycles) ride through capability for
supply voltage dips down to zero
Flying start and automatic restart
Catches a spinning load and smoothly takes it back to set
speed
Flux optimization
Reduction of motor losses under part load operation
Critical speed avoidance bands
Skips operation at critical speeds
© ABB Group
3BHT490557R0001 Rev. A
Desempenho – Tecnologia de Controle
Typical torque
response (t) of a DTC
drive, compared with
flux vector control and
open loop pulse width
modulation (PWM)
© ABB Group
3BHT490557R0001 Rev. A
• Provides fast, accurate and stepless
control from zero to full speed
• Full torque with optimal speed accuracy
over the whole speed range
• Negligible low torque ripple
• Minimal inverter switching losses at
maximal control performance
• No speed encoders needed
Desempenho – Tecnologia de Controle
NP status
Hysteresis
controller
Hysteresis
© ABB Group
3BHT490557R0001 Rev. A
Ricardo Nezi, DM Drives Service / A&P World, 13/09/12
Conceitos de ciclo de vida e suporte
a linhas obsoletas
Drives Service
© ABB Group
Gestão do Ciclo de Vida dos Acionamentos
Ativo
Clássico
Suporte integral ao
produto
Performance
Vendas e fabricação
do produto
Limitado
Suporte limitado ao
produto
Obsoleto
Tecnologia obsoleta.
Mercado não suporta
mais o produto
© ABB Group
Ativo
Clássico
Limitado
Obsoleto
Ativo
Clássico
Limitado
Obsoleto
Ativo
(~5..10 anos)
(~7..10 anos)
(~3..5 anos)
(~5..10 anos)
Drive Lifecycle Services
Dimensionamento
Instalação
Start--up
Start
Commissionamento
Treinamento
Training & e-Learning
Operação
Manutenção
Suporte local & remoto
Sobressalentes & Reparo
Manutenção
Substituição
© ABB Group
Retrofit & atualização
Reciclagem
Life Status Statement
© ABB Group
Life Status Statement
© ABB Group
O Gerenciamento do Ciclo de
Vida é um programa de
manutenção do relacionamento
com o cliente.
© ABB Group
Os produtos oferecidos no
programa (PM kits, upgrades,
retrofits, recondicionamento)
estreitam as relações e evitam
desgastes futuros.
Por que investir em manutenção preventiva?
© ABB Group
Manutenção Preventiva
Mitos e fatos
Mitos comuns
Os drives são livres de manutenção
A manutenção preventiva consiste em
apenas remover poeira e dar uma
“pincelada de leve”.
Fatos
A probabilidade de falha de muitos
produtos com componentes eletrônicos,
tais como drives, aumenta após vários
anos de operação, de 5 a 10 anos, onde
a principal razão é o desgaste dos
componentes.
Condições operacionais e ambientais
também têm efeito na vida útil dos
componentes
© ABB Group
Mitos e fatos – Curva de banheira
a) Produto novo –
Mortalidade infantil.
b) Período de uso
pleno – Vida útil
c) Período de falhas
devido ao desgaste,
como reflexo da
deterioração de
certos componentes
© ABB Group
Manutenção preventiva
Foco e principais aspectos técnicos
Condições ambientais
Manutenção do sistema de
refrigeração
Prevenção de danos ao
semicondutores (IGBT´s)
Prevenção dos capacitores
eletrolíticos
Prevenção de paradas
inesperadas
Maximiza a satisfação do cliente
Manutenção preventiva
Condições ambientais
Temperatura, umidade, condensação, corrosão, agentes corrosivos afetam o
tempo de vida útil de componentes e dispositivos eletronicos, como Drives!
Condições ambientais adversas diminuir significativamente a vida útil
Condições ambientais falhas causadas por ambiente
Componentes danificados
Placas eletrônicas danificadas
Aumento da resistência de contato como um tôdo
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Refrigeração
Vários aspectos afetam a vida dos
ventiladores, por exemplo: temperatura
A condição dos ventiladores deve ser
observada regularmente
A recomendação dos fabricantes é trocar o
ventilador ou rolamentos a cada 3 ~ 5 anos,
dependendo do tipo de ventilador
Refrigeração inadequada acelera o
envelhecimento de cartões e componentes
Falha de ventilação provoca imediata
sobre-temperatura (~10 a 15 min)
Aumento de vibração devido ao
desbalanceamento do ventilador (pode
perdurar por muitos meses agravando o
problema)
© ABB Group
Refrigeração
Prevenção dos IGBT´s, interfaces e flat-cables
As principais placas de controle e interface possuem capacitores eletrolíticos
nos circuitos eletrônicos. O envelhecimento dos mesmos podem levar a
problemas críticos e intermitentes. O tempo de vida útil destes capacitores
são limitados dependendo das condições de ambiente e operação do drive. O
tempo de vida estimado é de ~9 anos
Conectores, conexões, junções e pontos de solda são partes sensíveis de
sistemas eletrônicos. Dependendo do uso, ambiente e exposição à condições
mais críticas podem gerar falhas intermitentes.
Prevenção dos IGBT´s, interfaces e flat-cables
Um flat-cable tem no mínimo dois conectores nas extremidades, cada
conector tem dezenas de conexões individuais . Se estas conexões estão
ligeiramente corroídas ou sujas há um risco de alto potencial de falha de
contato.
Neste caso as falhas são geralmente aleatórias gerando falhas e alarmes
com dificuldades de localização da falha pontual em um tempo curto.
Substituindo a placa de interface (AINT) e os flat-cables situações como
falhas aleatórias bem como problemas nos IGBT´s são prevenidas.
Algumas vezes uma falha no IGBT causa uma série de falhas secundárias.
Placas de controle
Capacitores eletrolíticos
A vida útil estimada dos capacitores
eletrolíticos é de aproximadamente
100.000 horas (11,4 anos)
O efeito principal do aumento de
temperatura é a redução da vida útil dos
capacitores. Isto ocorre porque o eletrólito
evapora e seu vapor escapa através do
selo, que é um plug de borracha. A perda
do eletrólito aumenta a ESR - ESR
(Equivalent Series Resistance) ou
Resistência Equivalente.
A ESR de um capacitor eletrolítico deve
ser baixa, mas devido a fatores como
idade, construção e temperatura de
operação, causam alterações na
quantidade e na qualidade do eletrólito, e
a ESR pode subir para valores
indesejáveis.
© ABB Group
Capacitores eletrolíticos
Kits de Manutenção Preventiva
Os kits de manutenção preventiva são definidos para prover todos os
componentes necessários para substituição no planejamento da
manutenção preventiva
Preço mais razoável comparado com os componentes individuais
Aumento da eficiência e performance da manutenção preventiva
Planejamento sitemático de preventiva
Documentação
Plano de Manutenção
Especificam as
medidas necessárias
de manutenção
preventiva.
Notas de Serviço
Fact Files
Brochuras sobre os
serviços de
preventiva
manutenção ABB
Notas de
Manutenção
As notas de
manutenção
fornecem informação
detalhada e ações
recomendadas
São baseados nas
informações dos
fabricantes de
componentes e na
experiência da ABB a
respeito de seu
comportamento ao
longo do ciclo de
vida.
© ABB Group

Ciclo de vida de inversores de frequência

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