AFE - Active Front End

VARIADORES DE VELOCIDAD
LIBRES DE ARMÓNICOS
AFE - Active Front End
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Corriente de Linea I

G
~
3
M
3 ~
Tensión de Linea

Corriente de Linea V,I

M
~
 AFE - Active Front End

I
I =11x60Hz=660Hz
11
V=Z x =13x60Hz=780Hz
I13
I

I I =7x60Hz=420Hz
5 7
=5x60Hz=300Hz

I  I 1
 I 5
 I 7
 I 11
 I 13
 .... I =1x60Hz=60Hz
1
AFE - Active Front End
 AFE - Active Front End

1,00
0,80
0,60
Tensión

0,40
0,20
0,00
126°

162°
180°

216°
108°

144°

198°

234°
252°
270°
288°
306°
324°
342°
360°
18°
36°
54°
72°
90°
0°

-0,20
-0,40
-0,60
Corriente de Linea
-0,80
-1,00

Tensión de Linea

3
M
G 3 ~
~
Corriente de Linea
Corriente de Linea

M
~
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Transformador Tridevanado

•Dy5Dd0 / Dy11Dd0
(30grados)
•5, 7, 17, 19, 29, 31 etc.
•Simetría
•Soportar armónicos
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OPERACION REGENERATIVA
Disipa sobrevoltaje producido
por la regeneración en
resistencias conectadas al
DC Link

Rectificador de 6
PULSOS
Operación 4
Cuadrantes
Devolución de Energía
AFE - Active Front End
 AFE - Active Front End
Comparación del nivel de distorsión de armónicos
sistema de 6 pulsos versus AFE

9,0%

8,0%

7,0%
Harmonic Voltage Level

6,0%

5,0%
Active Front End
6 pulse
4,0%

3,0%

2,0%

1,0%

0,0%

17

19

21

23

25
2

10

12

13

14

15

16

18

20

22

24
11

Harmonic Order
 AFE - Active Front End

Armónicas, como las que ocurren en el circuito

6,0%
convencional, son eliminadas con AFE - Active Front End!

5,0%
Harmonics content of the voltage

4,0%
Active Front End
Line supply
DC link
12 pulsos
6 pulsos
3,0%

Line supply
DC link
2,0%

1,0% Line supply

DC link

0,0%
12

14

15

16

17

19

20

24

25
10

11

13

18

21

22

23
2

Order No.
 AFE - Active Front End
Nivel de armónicos con AFE

0,20%

0,18%

0,16%

0,14%
Harmonic Voltage Level

0,12%
Active Front End
0,10%

0,08%

0,06%

0,04%

0,02%

0,00%
2

10

12

13

14

15

16

18

19

21

22

23

24

25
17

20
11

Harmonic Order
 AFE - Active Front End

V I

Cos
0,8<f.p.<1
Ind. ó Cap.
I =1x60Hz=60Hz
V =1x60Hz=60Hz 1
1
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Voltaje de línea

Corriente de
línea

Voltaje de línea

Corriente de
línea
Cos  = 1

Voltaje de línea
Cos  = -0,8
Capacitivo
Corriente de
línea

Cos  =
-1
AFE - Active Front End
 AFE - Active Front End

La tecnología convencional, los diodos y/o

tiristores conmutan el voltaje de entrada.
“Conmutación” es un cortocircuito
momentáneo entre dos fases de
entrada.
Commutation Notching Effect
1,00

0,80

0,60
Amplitude
El efecto de este cortocircuito 0,40

Mains Voltage
depende de 0,20
- la capacidad de cortocircuito de 0,00
la red

234°

270°

360°
108°
126°
144°
162°
180°
198°
216°

252°

288°
306°
324°
342°
18°
36°
54°
72°
90°
0°
-0,20
- la reactancia del equipo
- el diseño del variador -0,40

-0,60

-0,80

-1,00

Mains Cycle
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• El proceso de rectificación puede contener diodos, tiristores o GTO’s.

Estos módulos tienen distintas desventajas y limitaciones.

Active Front End elimina todas

estas limitaciones.

Puente de diodos o
de tiristores AFE

M M
Vac in ~ Vac in ~
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Considere el siguiente circuito. Todos los componentes se consideran
ideales.

VL
I L
Vdc Carga
S1 C
V I1
I2

 Inicialmente C se carga al voltaje V (pre-carga), I 2.

 S1 cierra y la corriente I1 aumenta. L guarda la energía.
 S1 abre, la energía en L es transferida a C por la corriente I 2.
Debido al efecto inductivo Vdc = V + VL
 Controlando la conmutación de S1 el voltaje V dc es mantenido cte.,
independiente del voltaje V o la carga.
 Entre más rápido se conmute S1 mejor el control de V dc y así es más
“suave” la corriente I.
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S1

I1

I2

Udc

t
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 El AFE es muy
Dinamico. Cambios de Active Front End dynamic
carga rápidos de response
servos son controlados 100% 105%
rapidamente por el 90%
AFE. 80%
100%

DC link current

DC link voltage
 El AFE puede soportar 70%
95%
condiciones críticas 60%
como choques de 50% 90%
carga en el rango de 40%
debilitamiento de 30%
85%
campo. Current, DC Link
20%
Voltage, DC Link 80%
 La rapidez de 10%
respuesta resulta en 0% 75%
oscilaciones casi nulas

15ms
13ms
-5ms

-1ms

1ms

11ms
-3ms

3ms

9ms
5ms

7ms
en el bus de DC: mayor
vida de capacitores y time
rizados mínimos en el
par del motor.
 AFE - Active Front End
 Active Front End permite tener una alimentación limpia
(libre de armónicas).

 Active Front End permite el control del factor de potencia.

 Active Front End permite obtener el 100% de la capacidad

del eje aunque haya caídas de voltaje.
- Continuidad de operación ilimitada.

 Active Front End permite una respuesta dinámica alta del

variador.

 Active Front End es inherentemente para operación en 4

cuadrantes, con una transición suave entre motorización y
regeneración.
- 100 % de capacidad regenerativa

 No hay fallos de conmutación.

 AFE - Active Front End

Tecnología anterior Active Front End

Los voltajes de conmutación son Los voltajes de conmutación no
problemas serios. Sus magnitudes y son generados.
efectos dependen del diseño del
variador y de las características de la
alimentación.
Los armónicos son generados, su
magnitud depende de la potencia, Los armónicos son prácticamente
voltaje y configuración del variador. inexistentes, su nivel no es afectado
Sistemas de alimentcción débiles por la calidad de la alimentación o por
pueden causar muchos problemas. la carga.

Tolerancia de alimentación, las

caídas de voltaje se reflejan en el
circuito de CD y en el funcionamietno Las caídas de voltaje son
del motor. La tolerancia de la reguladas, el voltaje del circuito
alimentación compromete la calidad intermedio de CD es mantenido
de funcionamiento de la aplicación. constante y la salida del motor no es
afectada. Alimentaciones débiles no
afectan al variador. Hasta 65% del
Vn.
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Tecnología anterior Active Front End

Los tiempos de respuesta son Altamente dinámico, efecto
limitados usando tecnología mínimo causado por picos en la
convencional debido a la limitación carga.
en la sincronización con la red
principal.

El factor de potencia es casi 1 Factor de potencia controlado

para la fundamental nada más, las usando el manejo de la corriente
armónicas principales distorsionan de entrada. El factor de potencia
el panorama. La tecnología de es electrónicamente controlado a
tiristores usada en algunos equipos valores seleccionados o dinámicos.
de 4 cuadrantes puede resultar en
un factor de potencia pobre, 0.85.
El factor de potencia es controlado.
Equipos para corrección es No hay generación de armónicas.
normalmente necesário para No es necesario el uso de
compensar el factor de potencia y equipos de corrección del factor
filtrar las armónicas. de potencia.
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Tecnología anterior Active Front End

Los componentes de potencia y El AFE de Siemens usa sólo IGBTs

tarjetas de control son una mezcla con eso se simplifica el
de tiristores (diodos) e IGBTs requerimiento de partes de
(transistores o GTOs). Se necesitan repuesto.
varios tipos de repuestos.

El voltaje de CD tiene un alto El AFE es dinámico, el voltaje de CD

contenido de transitorios de 300 Hz, se mantiene estable con mínimos
que son vistos en el motor como picos de voltaje resultando en un
transitorios de par (velocidad) óptimo par (velocidad) en el eje
en el eje del motor. del motor.
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Conmutación inteligente en conjunto con filtro

especial - Clean Power Filter - significa corriente y
voltaje sinusoida!

AFE
3
M M
~ 3 ~

Vac in
Clean Power Intelligent switching
Filter behavior
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AFE típico con inversor de salida, modelo de 500 HP a 1000 HP
Especificación del cliente

Contactores

Fusibles
Interruptor
de entrada
Inversor

Filtro L-C

Inductancia AFE Inversor AFE

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Inversor AFE

Inversor

Alimentación con
Clean Power Filter
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DC-link
M Pmot1, mot1
Vac min ~
AFE inversor
1 M Pmot2, mot2
~
M Pmot3, mot3
~

M
~ Pmot4, mot4
inversor
2 M
~ Pmot5, mot5
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 Completo Rango de Potencias

3-ph. AC
380 V -15 % to 460 V +5 %
480 V -15 % to 575 V +5 %
660 V -15 % to 690 V +5 %
50/60 Hz ± 10 %

5 - 300 HP

50 - 1600 HP

Unidades AFE Variador Completo

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AFE Rangos de Potencia

AFE compact units

5 HP a 50 HP a 460 VAC
Tamaño: Compact A hasta D

AFE chassis units

60 HP a 300 HP a 460 VAC
50 HP a 200 HP a 575 VAC
75 HP a 300 HP a 690 VAC
Tamaño: Chassis, E hasta G

AFE Variador Completo Armario

50 HP – 1600 HP 1600HP – 8000HP Soluciones Específicas

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Empresa Aplicación Qty. AFE-Power Año

Propilco Ventilador Centrífugo 1 300 HP 2002
Biofilm Linea Polipropileno - Extrusoras 2 750 HP 2003
Acesco Brida. Bobinador para enrrollar lámina de acero 2 300 HP 2003
Central Tumaco Centrífuga 2 150 HP 1999
Ingenio Providencia Centrífuga Wester States 2 150 HP 2003
Ingenio Pichichi Molino de Caña 1 700 HP 2004
Ingenio Mayaguez Centrífuga Wester States 1 150 HP 2003
Ingenio San Carlos Centrífuga 1 200 HP 2002
Ingenio Carmelita Molino de Caña 3 500 HP 2004
Ecopetrol Bombeo Electrosumergible 1 500 HP 2004
Ecopetrol Bombeo Mecánico 1 75 HP 2004
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Motor
Asincrónic •Ahorro de energía: Toda la
o energía dinámica durante la
desaceleración es devuelta a la
red
•Costos de mantenimiento
Panel de reducidos. Repuestos mínimos.
Control •Paradas reducidas por
condiciones de bajo voltaje hasta
Canast un 65%
a
•No hay fallas durante la
operación de regeneración ante
caídas del voltaje de la red
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•Operación libre de
armónicos
•No inversión en
costosos filtros
para armónicos
•Alta respuesta
dinámica
•Compensación de
energía reactiva
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•Variadores libres
de armónicos
Step-Down
Transformer •Reducción de
kV/V  costos de
operación del 30%
Variado •Reducción de
r costos de
transformador SDT
AFE
•No inversión en
Step-Up
Transformer costosos filtros
V/kV Y para armónicos
•Aumenta la
MV/HV Motor M eficiencia del
grupo
motor/bomba
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Pump cycle
•Reducción de costos de
operación del 40%
Down Up
porque devuelve la
energía hacia la red
•No inversión en
costosos filtros para
armónicos
•Manejo de doble
velocidad
•Rearranque automático
temp.
0 45 90 135 180 225 270 315 360

50 Hz,
setpoint
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GRACIAS POR SU ATENCION !