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2UCD03000E009 Rev. A
PCS100 SFC Convertidor de Frecuencia Estático 125 kVA a 2MVA Manual Técnico
Contacto
ABB LV Soluciones en convertidores de potencia - Oficinas Centrales
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Sobre este Manual
Cambios La información contenida en este manual se considera correcta al momento de su impresión. Con interés en nuestra política de mejora continua, el fabricante se reserva el derecho de cambiar las especificaciones y contenido de este catálogo sin previo aviso. ABB no se hace responsable por las consecuencias de errores u omisiones en este catalogo.
Copias Este documento no deberá ser copiado, reproducido, almacenado o transmitido de manera parcial o total por ningún medio electrónico, mecánico, fotostático, grabado u otros, sin el consentimiento por escrito de ABB Limited.
Este documento es propiedad de ABB Limited y queda prohibida su distribución a terceros por parte de cualquier persona que no sean parte del grupo ABB.
Introducción
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Introducción
PCS100 SFC El PCS100 convertidor de frecuencia estático (SFC) es la mejor opción cuando frecuencia disponible en la red es de distinta a la que requiere su maquinaria. Si la frecuencia disponible en la red es de 50Hz el PCS100 SFC transformara dicha frecuencia para alimentar equipos que requieren 60Hz y si la frecuencia disponible en la red es de 60Hz la transformara para alimentar equipos que requieran 50Hz. Adicionalmente nuestros equipos pueden convertir el voltaje suministrado en la red a uno diferente para empatar el requerido por su maquinaria.
El PCS100 SFC incluye dos subsistemas, el primero convierte la tensión de entrada AC en DC mediante un rectificador de onda, el segundo incluye un inversor que se encarga de convertir la DC en AC con la frecuencia requerida a la salida, ofreciéndole energía limpia con una onda sinodal perfecta. Para el correcto funcionamiento de su equipo es necesario un transformador de aislamiento y podrá ser instalado tanto a la entrada como a la salida del sistema de acuerdo a sus necesidades.
La interfaz grafica de usuario se encuentra montada en el gabinete principal. Una pantalla GDM con navegación intuitiva, le ayudara a controlar su equipo tocando los botones del menú.
El monitoreo del sistema es posible mediante la conexión a un PLC (vía digital o análoga I/O) o usando una computadora con software SCADA mediante conexión TCP/IP Ethernet o comunicación serial.
Especificaciones técnicas clave del sistema PCS100 convertidor de frecuencia estático (SFC):
• Avanzada tecnología IGBT. • Diseño compacto, alta densidad de poder. • Diseño con rectificadores e inversores en módulos independientes. • No incluye partes móviles – requiere poco mantenimiento. • Alta fiabilidad y disponibilidad. • Generación de frecuencia precisa a la salida. • Flujo de potencia bidireccional. • Excelente tiempo de mantenimiento y servicio (MTTR) • Capacidad de redundancia que le permite seguir operando a capacidad reducida en caso del fallo de
algún modulo. • Monitoreo remoto mediante protocolos Ethernet, Modbus-TCP/IP • Fuente de voltaje con capacidad de emular a un generador de motor. • Capacidad de administrar cargas compartidas. • Opciones de sincronización con otros equipos o fuentes de voltaje.
Especificaciones Técnicas
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Especificaciones Técnicas
Características de Operación del SFC
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Características de Operación del SFC
Funcionamiento de modulo de redundancia Una característica única, que es crítica para la fiabilidad del funcionamiento de su SFC, es su capacidad de redundancia. Dicha característica, intrínseca a los equipos modulares de ABB, les permite continuar funcionando en el caso poco probable de que ocurra un fallo en el sistema. En el caso de que alguno de los módulos (Inversor o Rectificador) tenga un fallo, el controlador principal proporcionará una notificación de advertencia en la pantalla del gabinete principal informando al usuario, sin embargo, el sistema seguirá funcionando a una capacidad reducida.
La reducción de la capacidad del sistema es un evento que se verá reflejado en su interfaz de usuario, sin embargo no habrá caída en la carga proporcionada por su SFC ya que dicho trabajo será transferido a los módulos restantes en su convertidor. Para ejemplificar esta propiedad supongamos que tenemos un SFC a 2000 kVA con 16 pares de módulos. El fallo en alguno de los módulos hará que el controlador principal transfiera automáticamente la carga a los 15 pares restantes de manera que la capacidad máxima de salida de su convertidor se verá reducida en 1/16, solo 6.25%.
Esta avanzada capacidad de redundancia representa un gran avance en la electrónica de potencia mejorando considerablemente la disponibilidad y fiabilidad de sus equipos PCS100.
• En caso de alguna falla la disminución de potencia se verá disminuida en un pequeño porcentaje. • Permite configuración n+1 agregando un modulo de refacción extra, para garantizar disponibilidad de
potencia en todo momento. • Permite la planeación de servicios de mantenimiento y cambio de módulos.
Conexión de cargas en paralelo El PCS100 SFC es extremadamente flexible de manera que pueden ser conectados en paralelo con otras fuentes de voltaje, inclusive generadores o múltiples unidades SFC. Subministrar cargas en paralelo con diferentes fuentes de voltaje es posible gracias a los perfiles de caída de “voltaje y frecuencia” pre-programados en su SFC. Estos perfiles podrán ser calibrados permitiendo a su PCS100 SFC calcular y subministrar el voltaje y frecuencia exactos sin necesidad de conexiones para la comunicación entre las distintas fuentes de voltaje. Adicionalmente, varias unidades SFC con diferentes potencias pueden ser conectadas en paralelo y cada una proporcionara el mismo porcentaje de potencia requerido por la carga.
Control de flujo de potencia Usando la avanzada capacidad de flujo de potencia del SFC usted podrá controlar dicho flujo desde una red de AC hacia otra red de AC distinta. Esta característica es especialmente útil para la interconexión de plantas cogeneradoras a la red, donde el flujo de potencia desde y para la red debe de ser controlado.
Sincronización automática Cuando dos o más SFC se encuentren conectadas en paralelo o mediante un bus de AC con otros generadores, iniciar su SFC es realmente simple gracias al sistema automático de sincronización. Esta característica se activara cuando se dé orden de arranque a su SFC. Lo primero que el SFC hará será tomar una medición de la conexión de salida para ver si está conectado a algún bus (por ejemplo cuando una embarcación cambia de suministro de generador a suministro SFC). Si el SFC está conectado de manera directa el controlador calculara la frecuencia y voltaje exactos antes de activar los módulos inversores. Esto permitirá cambiar el subministro del generador al SFC de una manera imperceptible proporcionando el voltaje y frecuencia exactos al bus de salida.
Características de Operación del SFC
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Si el sistema se encuentra totalmente apagado, el SFC subministrará el voltaje requerido lentamente durante un segundo hasta alcanzar el voltaje necesario de manera sutil para la unidad conectada a la salida.
Sincronización Remota Además de la característica de sincronización automática el SFC PCS100 tiene un sensor de voltaje de entrada que le permite al convertidor sincronizar la frecuencia y voltaje de salida a cualquier otra unidad de tres fases. Esta característica es particularmente útil cuando dos buses separados se deben sincronizar antes de conectarse entre ellos.
Protección de cortocircuito a la salida En caso de producirse un cortocircuito en la salida del convertidor de SFC PCS100 automáticamente proporcionará un límite al 200% de la corriente nominal durante 0,05 segundos. Esto le permitirá cerrar los interruptores automáticamente con una caída de tensión. Si el problema persiste después de 0,05 segundos, el SFC se desactivara para evitar daños.
Componentes del SFC
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Componentes del SFC
El sistema SFC cuenta con los siguientes componentes:
• Circuito de protección de entrada (solo en algunos modelos) • Modulo rectificador de potencia. • Modulo inversor de potencia. • Transformador Aislado (venta por separado)
Rectificadores e Inversores
El PCS100 SFC está constituido por módulos de rectificadores e inversores (en pares). El modulo rectificados convierte el voltaje de tres fases AC proveniente de la entrada en voltaje regulado DC a la salida. Posteriormente el voltaje regulado DC pasa a través del módulo inversor para ser reconstituido en voltaje AC a una frecuencia distinta. Los módulos de potencia incluyen un filtro de onda, lo que significa que la electrónica de potencia y filtrado estarán integradas en el mismo módulo.
Dependiendo de los requisitos, se podrá usar desde un par de módulos hasta 16 pares. Estos módulos están diseñados con la más alta tecnología lo que les permite trabajar independientemente. Si alguno de los módulos falla, el controlador principal lo retirara de la operación automáticamente, sin embargo, el resto de los módulos seguirán funcionando. Esto provee al SFC de redundancia (a capacidad reducida) y una gran disponibilidad en todo momento.
Cada modulo de potencia tiene un numero que será desplegado en su parte frontal (imagen de la derecha).
Un gabinete de SFC puede incluir hasta 3 pares de módulos. Cuando el SFC requiera más de 3 pares de módulos se agregaran gabinetes hasta cubrir sus requerimientos. (Imagen de la izquierda)
Interruptor de Entrada Cuando sea necesario incluir múltiples módulos SFC para construir el convertidor del tamaño requerido se colocarán interruptores a la entrada de cada uno de los gabinetes. La función de estos interruptores será proteger el cableado interno en cada gabinete. La protección de sobrecarga está cubierta electrónicamente mediante los controles electrónica de potencia.
Para unidades SFC con cuatro o menos pares de módulos los interruptores de entrada no están incluidos por lo que se recomienda su instalación en el suministro que alimente al SFC.
Componentes del SFC
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Interruptor de Salida (opcional) Los interruptores de salida son opcionales en los equipos SFC construidos con cinco o más pares de módulos (estados unidades contarán con interruptores de entrada desde su fabricación), sin embargo se recomienda su instalación para:
• Proteger la salida del SFC en caso de que haya más fuentes generadoras conectadas en paralelo. • Para proporcionar un medio de aislamiento entre las secciones del SFC a través de abrir y cerrar los
interruptores del circuito.
Nota: El aislamiento por interruptores puede no cubrir los requisitos locales de seguridad necesarios para el mantenimiento. No serán necesarios interruptores para evitar sobrecargas a la salida del sistema ya que este proceso es realizado electrónicamente en cada módulo.
Cuando otras fuentes generadoras están contactadas en paralelo con el SFC a la salida del sistema (generadores de diesel, redes eléctricas o micro redes) se deberá contemplar la opción de añadir interruptores a la salida del convertidor (de acuerdo a especificaciones descritas más adelante en este manual).
Con varios SFC conectados en paralelo, la capacidad total de cortocircuito a salida deberá ser considerada. Debido a que el SFC ha sido diseñado con un límite de corriente para corto circuito, solo será necesario añadir interruptores a la salida cuando el límite de corriente para corto circuito de los SFC combinados sea mayor a 8 kA.
Transformador de Aislamiento
El propósito del transformador de aislamiento será:
• Empatar el voltaje proporcionado por el SFC y el requerido por la maquinaria. • Transformar la salida del inversor de 3 faces a una fuente de 3 faces + Neutral • Aislar el módulo de potencia en modo común de voltaje de la utilidad y la carga.
De acuerdo a los motivos antes mencionados se requerirá de un transformador de aislamiento ya sea a la entrada o salida del convertidor SFC. Para más detalles sobre las especificaciones de transformadores de aislamiento se puede consultar el documento de ABB “2UCD030000E003 PCS100 SFC Transformer Technical Specifications”.
Selección de Tipo y Tamaño
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Selección de Tipo y Tamaño
Este manual ha sido diseñado para simplificar la tarea de seleccionar el SFC que cubra sus necesidades. Todo lo que necesita es la siguiente información:
• Voltaje disponible (V) y Frecuencia disponible (Hz). • Potencia requerida a la salida (kVA) & kW o kVa y factor de potencia. • Frecuencia requerida a la salida.
Codificación Una vez que cuente con la información requerida rápidamente podrá determinar que código necesitara para ordenar su SFC. El siguiente diagrama describe la estructura del código.
Categoria de Producto
Familia SFC
Pares de modulos
Tipo de modulos, transformador a la entrada/salida
Localización conexiones de entrada
Opcionales (mas detalles en la sección Opcionales)
Transformadores, Tarjetas I/O, Interruptores de salida, proteccion IP
Las siguientes páginas de este manual le explicaremos como determinar el código completo para solicitar el SFC que requiere. Adicionalmente usted puede encontrar una herramienta electrónica disponible en la página web de ABB que le ayudara a determinar las dimensiones de su SFC.
Rango de Capacidad
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Rango de Capacidad
La capacidad de su SFC estará definida por la cantidad de pares de módulos de potencia (rectificador e inversor). La siguiente tabla resume la capacidad de los PCS100 SFC bajo condiciones las condiciones típicas, que son:
• Voltaje de entrada 480 Vac +/- 10% • Voltaje de salida 480 Vac • 40ºC temperatura ambiental máxima
Nota: La operación del SFC a otros voltajes afectara directamente el poder subministrado por el sistema. Consulte su herramienta electrónica para obtener la cantidad exacta de poder que subministrará su equipo bajo condiciones distintas a las descritas anteriormente.
Tipo de Módulos de Potencia
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Tipos de Módulos de Potencia
Toda la gama de productos PCS100 usa el mismo tipo de módulos de potencia (LV) con tecnología IGBT que incluye filtros de onda senoidal en cada modulo. Las conexiones de AC y DC en cada modulo están protegidas por fusibles de alta velocidad. Se pueden conectar varios módulos para incrementar la capacidad de su equipo SFC.
Existen dos tipos de módulos que podrán ser usados en el SFC dependiendo de la localización del transformador aislado. Un transformador aislado es necesario a la entrada o a la salida para el correcto funcionamiento de su SFC y el convertidor deberá ser seleccionado de de acuerdo a esta localización.
Para más detalles sobre las especificaciones de transformadores de aislamiento se puede consultar el documento de ABB “2UCD030000E003 PCS100 SFC Transformer Technical Specifications”.
Para conexiones directas del SFC a la red LV disponible (Ej.: 400 V, 480 Vac) con transformador a la salida, el modulo tipo F será el adecuado. Esto permitirá suministrar cualquier voltaje a la salida, una salida neutral y total aislamiento galvánico a través del transformador. F – Sistemas con trasformador aislado a la salida (Rectificador RFI conectado a tierra, inversor sin conexión a tierra)
Cuando el voltaje de entrada no está disponible entre 380V-480V se recomienda la instalación de un transformador a la entrada. E – Sistemas con trasformador aislado a la salida (Rectificador RFI conectado a tierra, inversor sin conexión a tierra)
Transformadores a la entrada y la salida del SFC deberán ser usados para empatar el voltaje requerido en caso de que sea necesario.
Configuración con transformador a la salida (módulos tipo F)
Configuración con transformador a la entrada (módulos tipo E)
Planos de Diseño y Elevación
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Planos de Diseño y Elevación
Las dimensiones del PCS100 SFC se describen en la siguiente tabla. Existen dos tipos de tamañito de gabinetes para el diseño del convertidor, uno de 400 mm y otro de 800 mm de ancho. Se usaran múltiples gabinetes de acuerdo a la dimensión del equipo solicitado.
Altura La altura de los distintos tipos de modelos se muestra a continuación.
Nota: Para los modelos PCS100 03-05 y mayores la altura será de 2304 mm debido al compartimiento para cables que se encuentra en la parte inferior del equipo como se muestra a continuación.
PCS100 03-01 PCS100 03-04 PCS100 03-05
PCS100 03-06
Planos de Diseño y Elevación
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Vista de Planos Los planos de diseño para los sistemas PCS100 SFC se muestran a continuación.
Símbolos:
• C = Convertidor • Tx= Transformador incluido • T= Gabinete terminal.
PCS100 03-01-E/F + T125 PCS100 03-02-E/F
PCS100 03-03-E/F
PCS100 03-04-E/F
PCS100 03-05-E/F
PCS100 03-06-E/F
PCS100 03-07-E/F PCS100 03-08-E/F
PCS100 03-09-E/F
PCS100 03-10-E/F PCS100 03-11-E/F
PCS100 03-12-E/F
PCS100 03-13-E/F PCS100 03-14-E/F
PCS100 03-15-E/F
PCS100 03-16-E/F
Nota: Agregar 100mm de profundidad para opciones IP23 o IP42. (Ver sección Opcionales para mas detalles)
Planos de Diseño y Elevación
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Opciones de Diseño
Además de poder colocar los gabinetes de forma contigua, los modelos de mayor tamaño podrán ser colocados “Back to Back”. Esta opción de acomodo requerirá ingeniería especializada. Le pedimos consultar a su distribuidor ABB antes de solicitar dicha configuración ya que en algunos casos no es técnicamente posible.
Ejemplo: “Back to Back”
PCS100 03-16-E/F +BBL
Requerimientos de superficie de colocación
Todos los equipos deberán ser colocados en superficies horizontales a prueba de fuego.
No debe de exceder +- 0.2° de pendiente entre equipos contiguos.
No debe de exceder +-5 mm de elevación entre equipos contiguos.
Localización de Conexiones de Entrada
Las siguientes opciones están disponibles para la localización de la conexión de entrada:
• BE Entrada inferior (Conexiones de Entrada y Salida) • LH Entrada por el gabinete final de lado izquierdo del SFC (visto de frente) • RH Entrada por el gabinete final de lado derecho del SFC (visto de frente)
Nota: En los modelos PCS100 03-01 al PCS100 03-04 la conexión de entrada esta disponibles únicamente por la parte inferior ya que estos modelos no cuentan con gabinetes de inicio y terminales separados.
Nota: En los modelos PCS100 03-05 al PCS100 03-16 existe la posibilidad de solicitar la entrada tanto a la derecha como a la izquierda del SFC. La salida del sistema siempre deberá de estar en el extremo opuesto de la entrada. Estos modelos también pueden tener la opción de conexiones de entrada en la parte superior del SFC.
Opcionales
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Entradas Digitales
Dispositivo Térmico
Comunicación Serial
Opcionales
Las opciones para los PCS100 son agregadas mediante códigos adicionales. Cada opción tiene su propio código y será añadida al código original con un signo de más.
Tarjeta CAN I/O +A100
Un I/O adicional es posible agregando la opción de tarjeta CAN I/O. Esta tarjeta se conecta al CAN bus del PCS100 agregando las siguientes conexiones I/O:
Entradas Análogas Cantidad 2
Señal de Voltaje -10 a +10 V, Rin > 200 kΩ
Señal de Corriente 4 a 20 mA, Rin = 100 Ω
Retraso Máximo 10 ms
Resolución 0.1 %
Precisión +/- 2 %
Salidas Análogas Cantidad 2
Señal de Voltaje -10 a +10 V
Señal de Corriente 4 a 20 mA, carga < 500 Ω
Retraso Máximo 50 ms
Precisión +/- 2 %
Aplicaciones Típicas:
• Envió de Comandos de sincronización y retroalimentación vía remota. • Provee un relay de sobrecarga. • Provee una señal de potencia a la salida del convertidor análogo. • Control remoto total vía Modbus RTU.
Incremento de Protección IP
Es posible incrementar la protección IP de sus equipos SFC. Existen dos opciones disponibles:
• +IP23 Se agregan paneles tipo Louver en la parte posterior y frontal del Gabinete. La profundidad del gabinete aumenta 100mm en comparación con la profundidad del IP21.
• +IP42 Se agregan paneles tipo Louver con rejilla de protección 1mm IP42 en la parte posterior y frontal del Gabinete. La profundidad del gabinete aumenta 100mm en comparación con la profundidad del IP21.
Cantidad 7
Señal de Voltaje 24 Vdc con suministro interno y externo, PNP & NPN
Impedancia de Salida 25 kΩ
Retraso Máximo 10 ms
Cantidad 1
Tipo PTC o termostato
Tipo RS-485 Modbus RTU
Opcionales
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Interruptores de Salida +OCB
Nota: Disponible únicamente para modelos PCS100 03-05 y mayores.
Los interruptores de salida son opcionales en los equipos SFC construidos con cinco o más pares de módulos (estados unidades contarán con interruptores de entrada desde su fabricación), sin embargo se recomienda su instalación para:
• Proteger la salida del SFC en caso de que haya más fuentes generadoras conectadas en paralelo. • Para proporcionar un medio de aislamiento entre las secciones del SFC a través de abrir y cerrar los
interruptores del circuito.
Nota: El aislamiento por interruptores puede no cubrir los requisitos locales de seguridad necesarios para el mantenimiento. No serán necesarios interruptores para evitar sobrecargas a la salida del sistema ya que este proceso es realizado electrónicamente en cada módulo.
Cuando otras fuentes generadoras están contactadas en paralelo con el SFC a la salida del sistema (generadores de diesel, redes eléctricas o micro redes) se deberá contemplar la opción de añadir interruptores a la salida del convertidor (de acuerdo a especificaciones descritas más adelante en este manual).
Con varios SFC conectados en paralelo, la capacidad total de cortocircuito a salida deberá ser considerada. Debido a que el SFC ha sido diseñado con un límite de corriente para corto circuito, solo será necesario añadir interruptores a la salida cuando el límite de corriente para corto circuito de los SFC combinados sea mayor a 8 kA.
Transformadores de Aislamiento
Los PCS100 siempre deben de operar con un transformador aislado. Transformadores de bajo voltaje de hasta 500 kVa podrán ser adquiridos de fábrica junto con su SFC (Según orden de compra). Transformadores con mayor capacidad tendrán que ser proporcionados por el cliente.
• +T125 Transformador de hasta 125 kVA para el modelo PCS100 03-01. Este transformador se incorpora
en la parte inferior del gabinete.
Transformadores tipo T250 hasta T500 serán colocados de manera independiente en gabinetes IP23.
• +T250 Transformador a 250 kVA en gabinete de 800 mm x 800 mm x 2150 mm. • +T375 Transformador a 375 kVA en gabinete de 1200mm x 800mm x 2150 mm. • +T500 Transformador a 500 kVA en gabinete de 1200 mm x 1200mm x 2150 mm.
Especificaciones del Transformador Rango de Capacidad 100% a capacidad del SFC
Tipo Seco Estructura de acero laminado con conexión a tierra y embobinado de cobre.
Aislamiento Clase N (200 °C).
Impedancia Típica 5%
Nota: Consultar el documento de ABB “2UCD030000E003 PCS100 SFC Transformer Technical Specifications” para más detalles sobre especificaciones de transformadores y rangos de poder.
Opcionales
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Transformador de conexión a tierra
Nota: Este tipo de transformador también puede ser llamado delta, estrella o zigzag.
Para configuraciones con transformador de entrada el convertidor SFC subministrara tres cables a la salida. En caso de que sea necesaria una conexión neutral existen dos opciones:
• Agregar un transformador tipo delta/estrella a la salida. • Agregar un trasformador de conexión a tierra.
Si no se requiere aislamiento a la salida un transformador de conexión a tierra será lo opción más económica. Este trasformador se conecta al SFC y crea una conexión neutral para los 3 cables de salida. Estos transformadores se clasifican en 50 Hz o 60 Hz para su operación, 400 V / 50 Hz ó 440 & 480 / 60Hz.
• +TZ05 Transformador de conexión a tierra a 500 A en gabinete IP 23 de 800 mm x 800 mm x 2150 mm. • +TZ10 Transformador de conexión a tierra a 1000 A en gabinete IP 23 de 800 mm x 800 mm x 2150 mm.
Ejemplos de Sistemas SFC e Instalaciones
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Ejemplos de Sistemas SFC e Instalaciones
PCS100-03/15-E-LH+OCB
Diseño de SFC con capacidad de 1875 kVA con interruptores a la salida.
PCS100 03-01-F-BE+T125 Gabinete SFC con tres pares de módulos. Controlador principal con I/O en la esquina inferior derecha.
PCS100 03-01-F-BE+T125 Gabinete SFC de un par de módulos con
transformador de aislamiento integrado en la parte
Ejemplos de Sistemas SFC e Instalaciones
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Instalación de PCS100 SFC en el FPSO Nkossa II en Congo, África Central.
Instalación de PCS100 SFC en Dubái.
Notas
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Notas
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Productos Convertidores de Potencia de Bajo Voltaje
División de Automatización y Movimiento
ABB PCS100 SFC Convertidor de Frecuencia Estático
Manual Técnico
Documento Numero Fecha No. de Paginas Pagina
2UCD030000E009 Rev. A 06/06/2012 20
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