Hernan
Escarria, PTI – Santiago de Chile 2012
Transformadores para aplicaciones especiales
Presencia de Armonicos Factor K
Cargas no lineales Influencia en los transformadores
Las cargas no lineales son todas aquellas que generan corrientes no sinusoidales, es decir, decir, corrientes que además de la componente fundamental tienen otras que son múltiplos enteros de la fundamental y que se conocen como armónicos.
Cargas no lineales Influencia en los transformadores
Las cargas no lineales son todas aquellas que generan corrientes no sinusoidales, es decir, decir, corrientes que además de la componente fundamental tienen otras que son múltiplos enteros de la fundamental y que se conocen como armónicos.
Cargas no lineales Influencia en los transformadores
Este tipo de cargas ha existido en los sistemas eléctricos desde el principio, principalmente eran de tipo magnético, como las corrientes de excitación de los transformadores y los balastos magnéticos de luminarias tipo fluorescente. Su influencia en el sistema eléctrico era escasa.
Cargas no lineales Influencia en los transformadores
La aparición de la electrónica ha mejorado mucho las propiedades de los productos pero ha traído consigo, entre otros problemas, la generación de armónicos.
Cargas no lineales Influencia en los transformadores
RECTIFICADORES
Cargas no lineales Influencia en los transformadores
Los fabricantes de variadores de frecuencia de motores de inducción explican como estos equipos mejoran la eficiencia de las máquinas permitiendo variar la velocidad de funcionamiento según las necesidades de la aplicación, pero advierten que éstos producen armónicos de orden 5, 7, 11, 13…
El orden característico de Armónicos (h) en el lado de la línea con relación al número de pulsos del rectificador (p) : h= n x p ±1 (n=1,2,3... Cualquier número entero),
Un rectificador de 6 pulsos produce 6-1=5°, 6+1=7°, 12-1=11°, 12+1=13° armónicos de corriente (en el caso ideal)
Un rectificador de 12 pulsos produce 12-1=11°, 12+1=13°, 241=23° and 24+1=25° armónicos de corriente (en el caso ideal)
Cargas no lineales Influencia en los transformadores
Cargas no lineales Influencia en los transformadores
Cargas no lineales Influencia en los transformadores
Una manera de reducir armónicos es con conexiones del transformador
Número de pulsos se puede aumentar mediante la aplicación de varios grupos de 6 pulsos con un desplazamiento de la fase de las tensiones de alimentación.
30 grados de desfase se puede obtener mediante el uso de la conexión básica de grupos de bobinas (Y y D)
Desfases distintos de 0 °, 30 ° (o múltiplos) requiere un desfase especial. Las más comunes son las conexiones Z y "delta extendida“
A medida que la potencia de los armónicos aumenta el desempeño de la red se vuelve más crítico
Cargas no lineales Influencia en los transformadores / Conexiones
Cargas no lineales Influencia en los transformadores
Problemas de los armónicos. Se observó, que a medida que aumentaban las cargas electrónicas, los transformadores funcionaban con ruidos y un calentamiento excesivo, e incluso que se quemaban al cabo de uno o dos años.
Algunos se preguntaban:
¿Quizás los fabricantes de transformadores habían abaratado costos introduciendo materiales de baja calidad?. NO. Los transformadores eran los mismos, la causa estaba en los armónicos.
Cargas no lineales Influencia en los transformadores
Problemas de los armónicos. Las corrientes armónicas elevan las pérdidas adicionales en los bobinados, barras de conexión, bridas del núcleo y paredes del tanque principal, que pueden conducir a problemas térmicos como el envejecimiento prematuro del transformador. Grado de severidad depende del tipo de unidad rectificadora, de carga y el diseño del transformador. El diseño de los devanados debe ser capaz de soportar tensiones mecánicas / térmicas debidas a la distribución de la temperatura más desigual que con corriente sinusoidal única ("efecto final"). Los puntos calientes localizados se deben evitar y cada arrollamiento necesita ser analizado por separado. El aumento de la temperatura debido al aumento de las pérdidas a causa de las componentes armónicas debe estar dentro de los límites especificados para el aumento de la corriente de carga real
Transformadores en Presencia de Armonicos
NORMAS
Definiciones de acuerdo a IEEE 519
Point of common coupling (PCC) – El PCC está definido como la interfase entre la electrificadora (Fuente) y el cliente (Carga), vease PCC1.
Muy a menudo, la IEEE 519 es “Mal Empleada” y el PCC es definido dentro de la red del cliente (vease PCC2), donde coincide con el In-plant point of coupling (IPC).
Utility Network
PCC 1
Substation Transformer MV Bus
IPC PCC 2 Converter Input Transformer
Other Loads
Other Loads Converter
Definiciones de acuerdo a IEEE 519
Total Harmonic Distortion factor (THD) – Relación del valor RMS del contenido de voltaje armónico al valor RMS de la componente fundamental de voltaje ….. expresado como porcentaje de la fundamental. 50
∑ V h
2
THD =
h=2
*100
V 1 Total
Demand Distortion factor (TDD) Relación del valor RMS del contenido de corriente armónica al valor RMS de la com- ponente fundamental de corriente ….. expresado como porcentaje de la fundamental. ∞
∑ I h
2
TDD =
h=2
I 1
*100
Definiciones de acuerdo a IEEE 519
La relación ISC/IL es la relación de la corriente de cortocircuito disponible en el punto común de acople (PCC) a la máxima corriente que damanda de carga al correspondiente sistema. Utility Network
PCC 1
Substation Transformer MV Bus
IPC PCC 2 Converter Input Transformer
Other Loads
Other Loads Converter
Definiciones de acuerdo a IEEE 519
Voltage Distortion Limits for Utilities
Bus voltage at PCC 69kV and below 69.001 kV through 161kV 161.001kV and above
Max. individual Voltage distortion (%) 3.0 1.5 1.0
Total Voltage distortion THD (%) 5.0 2.5 1.5
The limits listed above should be used as system design values for the “worst case” for normal operation (conditions lasting longer than one hour). For shorter periods, during start-ups or unusual conditions, the limits may be exceeded by 50%. 50
∑ V h
2
THD =
h=2
V 1
*100
Definiciones de acuerdo a IEEE 519
Current Distortion Limits for 6-pulse rectifiers
Isc /IL <20* 20<50 50<100 100<1000 >1000
Maximum Harmonic Current Distortion in % of I L Individual Harmonic order h <11 11<=h<17 17<=h<23 23<=h<29 29<=h<35 4.0 2.0 1.5 0.6 0.3 7.0 3.5 2.5 1.0 0.5 10.0 4.5 4.0 1.5 0.7 12.0 5.5 5.0 2.0 1.0 15.0 7.0 6.0 2.5 1.4
TDD 5.0 8.0 12.0 15.0 20.0
Even harmonics are limited to 25% of the odd harmonic limits above Current distortion that result in a DC-offset, e.g. half-wave converters, are not allowed * All power generation equipment is limited to these values of current distortion, regardless of Isc /IL Where Isc = maximum short-circuit current at PCC IL = maximum demand load current (fundamental frequency component) at PCC ∞
∑ I h
2
TDD =
h=2
I 1
*100
Definiciones de acuerdo a IEEE 519 In case that phase shift transformers or converters with pulse numbers (q) higher than 6 are used, the limits for the characteristic harmonic orders are increased by a factor F equal to
F =
q 6
provided that the amplitudes of the noncharacteristic orders are less than 25% of the limits specified in the table for the 6-pulse rectifiers Example: For a 12-pulse rectifier the characteristic harmonics (11th,13th, 23rd, 25th,…) can be increased by a factor
F =
12 6
=
2
Definiciones de acuerdo a IEEE 519
Current Distortion Limits for 12-pulse rectifiers
Isc /IL <20* 20<50 50<100 100<1000 >1000
Maximum Harmonic Current Distortion in % of I L Individual Harmonic order h <11 11<=h<17 17<=h<23 23<=h<29 29<=h<35 1.0 2.8 0.375 0.85 0.15 1.75 4.95 0.625 1.4 0.25 2.5 6.35 1.0 2.1 0.375 3.0 7.8 1.25 2.8 0.5 3.75 9.9 1.5 3.5 0.625
TDD 5.0 8.0 12.0 15.0 20.0
Even harmonics are limited to 25% of the odd harmonic limits above Current distortion that result in a DC-offset, e.g. half-wave converters, are not allowed * All power generation equipment is limited to these values of current distortion, regardless of Isc /IL Where Isc = maximum short-circuit current at PCC IL = maximum demand load current (fundamental frequency component) at PCC
Definiciones de acuerdo a IEEE 519
Comparison: Current Distortion Limits 6-p versus 12p Example for Isc/IL: 20<50 10 n i n o i t r o t s i D L t I n f e o r r t u n C e c c r i e n P o m r a H . x a M
9
6 pulse rectifier
8
12 pulse rectifier
7 6 5 4 3 2 1 0 5
7
11
13
17
19
23
25
29
31
Harmonic Order
35
37
41
43
47
49
TDD
Definiciones de acuerdo a IEEE 519 Simplified Equivalent Circuit Diagram for Line Harmonics •
Vnet Vharm Xline
•
Xxfmr
• •
Mains supply voltage source (infinitely strong) Harmonic voltage source (generated by the drive) Line impedance (representing the fault level of the network - mainly inductive) Transformer impedance (value with only one secondary winding shorted)
PCC
~
Xline Vnet
Xxfmr
TDD THD
Vharm
~
Transformadores en Presencia de Armonicos
Aplicaciones
Que es un sistema de accionamiento electrico (Drive)?
Un sistema de tracción o accionamiento se utiliza para el control de velocidad, par y potencia de un motor eléctrico de la manera más eficiente. Se compone de →
transformador , variador de velocidad y el motor
Los principales componentes deben tener características coincidentes
Topología estandar para un sistema de accionamiento
Transformadores de accionamiento electrico (Drives) para ...
Cement, Mining & Minerals
Power
Chemical, Oil & Gas
Marine
Metals
Pulp & Paper
Water
Special applications, e.g. wind tunnels
Aplicaciones típicas
Blowers & fans Conveyors Compressors Crushers, rolling mills Extruders, mixers Marine propulsion Mine hoists Pumps Refiners Gas & hydro turbine starters Soft starters for large machines Test stands, wind tunnels
Transformadores en Presencia de Armónicos Normas
IEC 61378-1 Converter transformers, Part 1 Transformers for Industrial Applications
IEEE C57.18.10 IEEE standard Practices for Semiconductor Power Rectifier Transformers”
IEC no hace requerimientos sobre nivel de aislamiento (BIL) IEEE si lo hace
Los diseños deben cubrir
Incremento del esfuerzo dieléctrico en el lado del rectificador
Voltajes de modo común Alto DU/dt
Corrientes armónicas
Compatibilidad electromagnética EMC
Transformadores en Presencia de Armónicos Transformador convertidor Elevación de Temperatura
El aumento de la temperatura con la corriente de carga real, incluyendo las pérdidas debidas a los armónicos debe estar dentro de los límites especificados.
Existe margen en el aumento de la temperatura con la corriente sinusoidal.
El diseño de los devanados debe ser capaz de soportar tensiones mecánicas / térmicas debidas a la distribución de la temperatura más desigual que con corriente sinusoidal única ("efecto final").
Prueba de elevación de temperatura se puede hacer con la potencia equivalente, o con un cálculo más detallado, basado en la norma IEC 61378
Transformadores en Presencia de Armónicos Voltaje modo común/transformador de entrada
Los voltajes de modo común resultan de la operación de conmutación del inversor y aparecen a través del acoplamiento capacitivo en los devanados del transformador en el devanado de BT contra tierra (también llamado componente de secuencia cero).
Estas tensiones de modo común aumentan el esfuerzo dieléctrico en el aislamiento de los transformadores y deben ser considerados en el diseño del transformador (nivel de aislamiento se aumenta en comparación con los requisitos de IEC 60076)
Transformadores en Presencia de Armónicos Voltaje modo común/transformador de entrada
6.0 5.5 5.0
VCommon
4.5 4.0 3.5 3.0
VSec
2.5 2.0 1.5 1.0
VOffset
0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 -3.0
kV -3.5 -4.0 0
10
20
msec
Transformadores en Presencia de Armónicos Transformador convertidor ¿Por qué se necesitan transformadores convertidores? (temas principales)
Adapta la tensión de alimentación de la red a la tensión de entrada del convertidor.
Aísla el convertidor de la red de alimentación y limita las corrientes de cortocircuito en el convertidor.
Alivia al motor y / o red de tensiones de modo común.
Reduce las radio interferencias (EMC) de la unidad a la red (pantalla especial).
Protege la unidad de los transitorios de voltaje de la red de alimentación.
Reduce los armónicos (impedancia del transformador y conexiones especiales para la operación multipulso).
Transformadores en Presencia de Armónicos Incremento de esfuerzos mecánicos
Alto di / dt, debido a la forma de onda del puente de diodos es causante de fuerzas mecánicas que no están presentes con carga normal con onda sinusoidal (es decir, el llamado "efecto martillo").
Normalmente, los rectificadores están protegidos con una función de “disparo rápido”, esta función hace un corto circuito pleno con el fin de que el interruptor de alta tensión dispare instantáneamente. Los transformadores de VSD se enfrentan a muchos más corto-circuitos durante su tiempo de vida que los transformadores de red normales.
Algunas aplicaciones de velocidad variable tienen carga muy cíclica, con continuos cambios rápidos de poco % a 100% de la carga (por ejemplo, los trenes de laminación)
Transformadores en Presencia de Armónicos Pantalla EMC
La UE ha establecido límites para la radio frecuencia (RF) la contaminación del sistema de suministro eléctrico en el punto de conexión del sistema de alimentación de la unidad (incluyendo el transformador) EN 61800
La misma regulación se aplica también cada vez más fuera de Europa
Sistemas de accionamiento por lo general no cumplen con este requisito sin filtros.
La industria requieren que el sistema sea compatible EMC (rotulado CE) en cualquier lugar, aunque el requisito de la UE sólo es en el punto de conexión a la red pública o a una distancia de 10 metros de la valla de frontera.
La pantalla electrostática correctamente diseñada es una manera rentable de cumplir el requisito para el paquete rectificador- transformador
La pantalla electrostática también protege contra los esfuerzos por voltaje de modo común y del sistema de alimentación (rayo y conmutación)
3
2
1
4
w o d n f i o w e r l d e d i m r o M f s n a r t
5
Metal foil Insulating cylinder
5
Indicación: Esta es la descripción general de la pantalla en la especificación del transfor mador, pero la fabricación real no es tan simple
Transformadores en Presencia de Armónicos Pantalla EMC
Potencias superiores a algunos MVA MVA con corrientes armónicas típicas , las pérdidas en la pantalla son importantes, el diseño para permitir su enfriamiento.
Transformadores de alimentación de VSD con conmutación de alta frecuencia en el lado de entrada (entrada activa), las pérdidas en la pantalla puede ser dramático.
Tipo incorrecto de los cables de puesta a tierra de la pantalla puede hacer que la pantalla no sea funcional.
Indicación: Esta es una foto de una pantalla de fabricación local de bajo costo para transformador VSD en el Lejano Oriente después de unas semanas de operación con el 25% de la carga con entrada activa y frecuencia de conmutación de 3.2 kHz
Transformadores en Presencia de Armónicos Factor K
Desclasificación de transformadores. El factor K.
En EEUU, en 1989, se pensó en cuantificar el calentamiento producido en los transformadores cuando se presentan armónicos. En esta situación el transformador no debe funcionar a su potencia nominal y debe o cambiarse por otro de mayor potencia o disminuirse la carga. El transformador se “desclasifica” asociándole una potencia equivalente.
Esta potencia equivalente es igual a la potencia basada en el valor eficaz de la corriente no sinusoidal multiplicada por el factor “ K”.
Este factor “K” se define como aquel valor numérico que representa los posibles efectos de calentamiento de una carga no lineal sobre el transformador. Inicialmente se consideró llamar a este número “C”, de constante, pero se temió que hubiese confusión con la unidad grado centígrado y se optó por utilizar la letra “K”.
Transformadores en Presencia de Armónicos Factor K
En Estados Unidos la asignación de K a un transformador lo realiza Underwriter Laboratories (UL), no el fabricante.
El criterio UL1561 para establecer la clasificación es el siguiente: Inicialmente se prueba al transformador con una corriente sinusoidal de 60Hz para determinar las pérdidas en los devanados y en el núcleo. Del total de las pérdidas en los arrollamientos se restan las debidas al I2R, calculadas a 60Hz, y de este modo se deducen las pérdidas de dispersión que se consideran fundamentalmente producidas por corrientes de Foucault. Si el transformador es adecuado para un factor K determinado, las pérdidas por dispersión se multiplican por ese factor K y se suman a las debidas al efecto Joule a 60Hz. Si la elevación de la temperatura media en los devanados no supera la nominal el transformador es marcado como válido para trabajar con cualquier carga no linear de ese o menor factor K.
Los valores de K para transformadores catalogados por U.L. son: 1, 4, 9, 13, 20, 30 y 40.
Transformadores en Presencia de Armónicos Factor K
ANSI/IEEE C57.110-1996 nos proporciona una guía para la desclasificación en función del factor K de la carga y de las pérdidas de dispersión proporcionadas por el fabricante del transformador. Como puede verse en la figura, este método es muy conservador aún comparándolo con el indicado por UL
Transformadores en Presencia de Armónicos Factor K
Transformadores en Presencia de Armónicos Factor K Secondary winding h
q= fh(pu)
6
Ih(pu)rms
fh^2
fh^2*h^2
Ih(pu)^2
Ih^2*h^2
Ih*h^2
1
1.000
0.960
1.000
1.000
0.922
0.922
0.922
2
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
4
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
5
0.200
0.192
0.040
1.000
0.037
0.922
0.184
7
0.143
0.137
0.020
1.000
0.019
0.922
0.132
8
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
10
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
11
0.091
0.087
0.008
1.000
0.008
0.922
0.084
13
0.077
0.074
0.006
1.000
0.005
0.922
0.071
14
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
16
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
17
0.059
0.056
0.003
1.000
0.003
0.922
0.054
19
0.053
0.051
0.003
1.000
0.003
0.922
0.049
20
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
22
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
23
0.043
0.042
0.002
1.000
0.002
0.922
0.040
25
0.040
0.038
0.002
1.000
0.001
0.922
0.037
29
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
31
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
35
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
37
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
41
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
43
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
47
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
49
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
1.041
9.000
1.000
8.300
1.573
0.078
Transformadores en Presencia de Armónicos Factor K HV (Primary)
LV (Secondary) 8.300 Eddy Loss multiplier 1.573 Stray loss multiplier
Eddy Loss multiplier Stray loss multiplier
8.300 1.573
0.077754887 TDD
LV Losses I2R Power TX designed
Eddy
22605
Rectifier
22605
New Power
60094
Stray 3.5
Power TX designed Max Power appl
DISEÑO BASE OK
HV Losses I2R
Total Loss Eddy
30898
791.1 6567 /
27.9%
0
30898
76052
=
11250kVA 10000kVA
Stray 3.3
1019.6 8463
4780
7519
60094
76052
0.8889 Power Required Power new design
10000 11250
Transformadores en Presencia de Armónicos Factor K HV (Primary)
LV (Secondary) 8.300 Eddy Loss multiplier 1.573 Stray loss multiplier
Eddy Loss multiplier Stray loss multiplier
8.300 1.573
0.077754887 TDD
LV Losses I2R Power TX designed
Eddy
22605
Stray 10
Rectifier
22605
2260.5 18763
New Power
63633
/
Power TX designed Max Power appl
27.9%
HV Losses I2R
Total Loss Eddy
30898
0
30898
105431
=
11250kVA 8740kVA
DISEÑAR TRAFO CON POTENCIA NEW DESIGN
Stray 10
3089.8 25646
4780
7519
63633
105431
0.7769 Power Required Power new design
10000 12872
Cargas no lineales Efecto de los armónicos/ Modelamiento térmico
Transformadores en Presencia de Armónicos Resumen
Modernas unidades de convertidores AC necesitan de transformadores con diseños especiales - transformadores normales no son factibles
El hecho anterior ha sido la razón para desarrollar normas independientes que han sido publicados por IEC e IEEE
Sin el apropiado diseño y fabricación del transformador, el rendimiento, la fiabilidad y la duración del sistema no se puede garantizar.
El diseño especial debe tener en cuenta sobre todo
Aumento del esfuerzo dieléctrico Problemas térmicos (en relación con los armónicos) Aumento de los esfuerzos mecánicos En muchos casos complejas conexiones internas para los desfases y diseños multi-bobina
Las consideraciones especiales se deben tener en cuenta especialmente para accionamientos de media tensión y en general de las unidades por encima de 1 MW
El fabricante del transformador de unidad deberá poseer algunos conocimientos generales y específicos acerca de las unidades rectificadoras.
ABB tiene una posición única, ya que puede ofrecer la gama completa de un sistema de transmisión con sus productos.
Colocar atención
El cálculo de armónicos se basa en una red puramente inductiva y se refiere a una sola unidad.
Cables y las unidades de compensación de factor de potencia pueden generar frecuencias de resonancia que pueden aumentar la distorsión armónica de manera dramática si la unidad rectificadora genera componentes armónicas de la misma frecuencia.
Los sistemas de filtración de armónicos pueden resultar en un exceso de compensación y empeorar los resultados.
Evite las redes débiles, una red tiene una potencia razonable: SCmin > 25 * Peje
ACS 1000 – Input Transformer
ACS 1000 – Input Transformer Medium Voltage Supply Bus I>> Prot
Main Feeder Breaker & Protection
I>> Prot
Main Feeder Breaker & Protection
I>> Prot
24-pulse Converter Input Transformer
12-pulse Converter Input Transformer
Main Feeder Breaker & Protection
24-pulse Converter Input Transformer
Rectifier
Rectifier
12-pulse
Medium Voltage Supply Bus
Medium Voltage Supply Bus
Rectifier
24-pulse
24-pulse ACS 1000i
• 12-pulse or 24-pulse topology • Oil or dry type transformer Conformity to IEC 61000-2-4 and IEEE 519/1992 Total power factor: 0.95 constant over speed range Transformer can be placed inside the building or outdoor
ACS 1000 Three- level Voltage Source Inverter (VSI) MV Supply
Main Feeder Breaker & Protection
Converter Input Transformer
ACS 1000 MV Variable Frequency Drive Rectifier & Prot IGCTs
DC-Link
Inverter
Output Sine Filter
I>> Prot
MV AC Induction Motor
Common Mode Choke
Main Circuit Breaker
Input Transformer
Power Cables
Common Mode Choke
Main Circuit Breaker, 12 pulse Transformer and Diode Rectifier stage
Fuseless Design, using Protection IGCTs
DC Link, DC Capacitors and Common Mode Choke (Option)
Three-level Voltage Source Inverter (VSI) equipped with IGCTs
Output sine wave filter
ACS 1000i: Air cooled drive with integrated transformer
Power Cables
ACS 1000 – 24-pulse input transformer One 5-winding transformer U
Two separate 3-winding transformer U
L
I PN
L
I PN Screen
P D
A
P2 C
D
Uv0/2
Uv0/2
Uv0/2
Uv0/2
ISN/2
ISN/2
ISN/2
ISN/2
Id/2
P1
Screen
B
Screen
C
B
Uv0/2
Uv0/2
Uv0/2
Uv0/2
ISN/2
ISN/2
ISN/2
ISN/2
Id/2
Id/2
Udi0
Udi0
Technically a compromise (non-characteristic harmonics)
More compact and lower costs
Id/2
Id
Id
A
Technically ideal and “save” solution
Large in size and expensive
ACS 1000 Transformer
3-winding transformer (12-pulse)
5-winding transformer (24-pulse)
2x3-winding transformers (2x12-pulse)
typical 3-winding construction in the picture
Large 12 pulse rectifier transformer active part
ACS 6000 ”double ARU” with Pfisterer bushings
Double ARU transformer
Two active parts in common tank
ACS 5000 Converter topology
Transformer
2 x 4-winding or 1 x 7-winding
Output voltage up to 6.9 kV
Optional integrated dry type solution
EMC-filter (dv/dt limitation at output) as standard
Motor type
36-pulse diode rectifier
3 x 12-pulse bridges
Input voltage: 1920 V / ±10%
DC link (in triplicate)
Three 5-level inverter unit
H-bridge configuration
Asynchronous
Synchronous
Permanent magnet
ACS5000 - 36-pulse transformers One 7-winding transformer
Two separate 4-winding transformer
Inverter
Inverter
One transformer transformer:: SR
Transformer 1: SR/2
-25
-20
-15
0
-5
20
MCB Inverter
MCB Inverter
5
-20
15
0
25
20
Transformer 2: SR/2 Inverter
Technically a compromise, only for small powers (non-characteristic harmonics)
More compact nut not always lowest costs
Primary currents must be measured separately
Inverter
Technically ideal and “save” solution
Larger in size; compromise is to have two active parts in one oil tank
Oil transformers, two separate transformers are lowest costs
2 sets of CTs on primary side is required for overcurrent detection (each primary side measured separately)
ACS 5000 Network friendliness
36-pulse diode rectifier
Constantly high power factor > 0.95 at at any speed speed and load
Low network harmonics due to high pulse number
2x18p transformer or 1x36p transformer Main Power Supply
Main Power Supply
ACS 5000 Network friendliness
Line to line voltage Scc = 500MVA, Xsc = 10%
THD = 1.19%
Phase current
TDD = 2.95%
Transformer for ACS 5000 supply duty under IEC routine test
ABB Special Transformers (PG SPT) Allocation Map
Lead Center Vaasa
South Boston
Pereira
Zhongshan Shanghai
ABB Special Transformers (PG SPT) Factories for VSD transformers Vaasa, Lead Center • Marketing & Sales • Market Intelligence • Engineering • R&D • Production • All VSD
Zhongshan
Pereira
South Boston
• Marketing & Sales
• Marketing & Sales
• Engineering • Production • all VSD (excl. ACS5000)
• Engineering • Production • up 10MVA (excl. ACS5000)
Shanghai
Marketing & Sales • Production • LV VSD, ACS 1000 Engineering Production LV VSD, ACS 1000
ABB Pereira, Colombia Special Transformer Manufacturer in SAM Region
SPT Focused Factory for LAM region
Strategic geographical location
Full current ABB Technologies implemented
More than 40 years of experience in transformers
Manufacturing culture based on operational excellence.
World class test failure rate.
ABB Special Transformers (PG SPT) Product Portfolio
Tailor made transformers and reactors (up to 63 MVA, 170 kV)
railway transformers furnace and rectifier transformers marine & offshore transformers variable speed drives transformers reactors other special transformers transformer service
Railway track side transformers Railway transformers
Autotransformers
Booster Transformers
Rectifier Transformers
Feeder Transformer
Customers
EPC’s, Railway companies
Furnace and Rectifier transformers Furnace and Rectifiers transformers
Transformers for Arc Furnaces
Transformers for Medium and High Current Rectifiers
New installations or replacements
Customers
Chemical and Metal Industry
Marine transformers Oil type transformers for Marine
Propulsion Transformers
Hotel Transformers
Magnetising Transformers
Environmental friendly applications, Midel
Customers
Marine Industry
Offshore transformers Offshore transformers
Subsea Transformers
Converter Transformers
OLTC Feeder Transformers
Converter Step Up Transformers
Customers
Oil & Gas producers on offshore platforms, gas fields, FPSO vessels and movable units
VSD transformers VSD transformers
Supply Transformers for frequency converters
Step-up Transformers
Customers
Metals, Minerals and Mining Industry
Pulp and Paper, Water & Waste Water
Reactors Reactors
Current limiting reactors
Neutral earthing reactors
Shunt reactors
Starting reactors
Earthing transformers
Customers
Utilities
Metal industry
