Los accionamientos controlados por frecuencia (variadores, VFD, inversores) son indispensables en las industrias y edificios modernos. Permiten ahorrar energía y optimizar los procesos. Sin embargo, esta electrónica de potencia representa al mismo tiempo una de las mayores fuentes de contaminación electromagnética en su instalación eléctrica.
Sin las medidas adecuadas, los inversores pueden provocar fallos inexplicables, averías en los sistemas de control y un desgaste acelerado de los equipos. Como Power Quality Doctor, vemos a diario cómo estos componentes "inocuos" comprometen la fiabilidad operativa. En este artículo, diseccionamos la causa técnica de los problemas de CEM en los variadores y ofrecemos un camino concreto hacia una solución.
La fuente: Los inversores "trocean" la tensión (PWM), lo que provoca interferencias de alta frecuencia (CEM) y contaminación de baja frecuencia (armónicos).
El riesgo: pueden producirse interferencias con los PLC, las señales de los sensores, daños en los rodamientos de los motores y sobrecalentamiento de los transformadores.
La solución: A menudo es necesaria una combinación de cableado correcto, toma de tierra, filtros y transformadores de aislamiento.
El enfoque: empezar siempre con una medición de referencia para determinar si el problema es conducido o radiado.
Esta información es crucial para:
Para entender por qué los variadores causan averías, hay que ver cómo funcionan. Un convertidor de frecuencia convierte la tensión alterna sinusoidal de la red eléctrica (50 Hz) en corriente continua (CC) y, a continuación, la devuelve a una tensión alterna variable para accionar el motor.
Este último proceso se realiza mediante modulación por ancho de pulsos (PWM). El inversor conecta y desconecta la tensión a la velocidad del rayo (frecuencias de conmutación desde 2 kHz hasta 16 kHz o más).
La ecuación: Imagine un grifo de agua. En lugar de girar el grifo hasta la mitad para que salga un chorro suave (lineal), lo abres y cierras a tope 100 veces por segundo. Por término medio, sale menos agua, pero las tuberías traquetean y se crean ondas de presión (transitorias) en todo el sistema de tuberías.
En electricidad ocurre lo mismo. Los rápidos momentos de conmutación de los IGBT del inversor provocan fuertes pendientes de tensión (alto dU/dt). Esto da lugar a dos problemas principales:
¿Por qué es importante para su instalación?
El impacto de una CEM (Compatibilidad Electromagnética) deficiente suele subestimarse porque los efectos no siempre son visibles de inmediato.
Los problemas de CEM rara vez se manifiestan como una etiqueta obvia en una pantalla. Suelen ser "fallos fantasma". Esté atento a los siguientes síntomas:
Nuance: No todos los fallos son problemas de CEM. Unas conexiones deficientes o un hardware defectuoso pueden parecer interferencias. Por eso la medición es esencial para un diagnóstico correcto.
El problema de los inversores es doble: armónicos (baja frecuencia) e IEM (alta frecuencia). Es crucial hacer esta distinción porque las soluciones son completamente diferentes.
En el lado de entrada (red), el inversor se comporta como una carga no lineal. El rectificador no toma la corriente en forma de onda sinusoidal, sino en impulsos cortos. Esto crea armónicos (múltiplos de 50 Hz, como 250 Hz, 350 Hz).
En el lado de salida y a través de los circuitos internos, las frecuencias surgen en la gama de kHz y MHz.
Corrientes de modo común: Se trata de un fenómeno habitual en los accionamientos. Debido a la capacitancia parásita del cable del motor (especialmente en cables largos), fluyen corrientes de alta frecuencia de las fases a tierra. Si la toma de tierra no es apta para altas frecuencias, estas corrientes buscan otro camino, por ejemplo a través del apantallamiento de los cables de datos o los cojinetes del motor.
Resolver los problemas de CEM requiere un planteamiento estructurado. Empezamos por lo básico (la instalación en sí) y luego estudiamos los complementos de hardware.
Muchos problemas tienen su origen en los métodos de instalación.
Si la instalación básica está en orden pero persisten los problemas, existen componentes para mejorar la Calidad de la Energía.
Para instalaciones con muchos accionamientos y una contaminación armónica importante:
¿Está experimentando fallos imprecisos y sospecha de los accionamientos? Siga esta hoja de ruta:
El "Pigtail": La pantalla del cable se retuerce formando un hilo y se enchufa a un bloque de terminales. Como resultado, la pantalla pierde casi por completo su efecto de alta frecuencia.
Filtro incorrecto: un filtro CEM estándar no resuelve los problemas de armónicos, y un filtro de armónicos no resuelve las perturbaciones CEM (gama de MHz).
Suposiciones sobre normas: "El accionamiento tiene marcado CE, así que no interfiere". Un accionamiento es un componente, no un producto final. El método de instalación determina si toda la instalación cumple la directiva CEM.
Cables largos: subestimar la longitud de los cables. Con cables de motor largos (>50-100 m), el cable actúa como un condensador, lo que puede provocar enormes picos de corriente y la parada del accionamiento.
No hay necesidad de llamar inmediatamente a un externo para cada incidente. Un simple fallo de cableado o una toma de tierra floja pueden ser resueltos a menudo por su propio departamento técnico. Sin embargo, hay un punto de inflexión en el que "intentarlo uno mismo" se convierte en un riesgo irresponsable.
Llame a un especialista en calidad eléctrica cuando se produzcan las siguientes señales:
Consejos: ¿Va a ampliarse con nueva iluminación LED, cargadores EV o paneles solares? Realice una simulación o medición preventiva. La adición de estos componentes electrónicos de potencia puede hacer que una instalación existente y estable se vuelva inestable de repente.
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Los síntomas suelen ser sutiles hasta que las cosas van mal. Preste atención a fallos inexplicables de las máquinas, luces parpadeantes, cables que se calientan o transformadores que zumban. Además, si los componentes electrónicos (PLC, controladores) fallan antes de lo que indica su vida útil, lo más probable es que la calidad de la energía sea insuficiente. Una medición de la calidad de la energía proporciona la respuesta.
Esto es posible siempre que se disponga de un analizador de calidad eléctrica de alta calidad (según la norma IEC 61000-4-30 Clase A) y de los conocimientos necesarios para interpretar los datos. Recopilar datos es fácil; analizar la correlación entre eventos, armónicos y sus procesos empresariales específicos requiere conocimientos de ingeniería especializados. Estaremos encantados de ayudarle en el análisis.
No por definición. La norma NEN-EN 50160 describe los requisitos mínimos de tensión en el punto de transferencia del operador de red. Sin embargo, los equipos modernos pueden ser más sensibles y funcionar mal aunque la tensión esté dentro de esta norma. Por tanto, nosotros vamos más allá de la norma: nos fijamos en la compatibilidad entre el suministro eléctrico y la carga conectada.
Tranquilidad, seguridad y conocimiento. Obtendrá un diagnóstico claro de la "salud" de su instalación eléctrica. Localizamos la causa de los fallos, lo que le permite evitar paradas imprevistas y reducir el riesgo de incendios o pérdidas innecesarias de energía. Recibirá un informe de asesoramiento concreto con puntos prácticos de mejora.
No, es un concepto erróneo. Un filtro es una herramienta potente, pero no la panacea. A veces, la solución pasa por cambiar la configuración de los transformadores, redistribuir las cargas o ajustar el cableado. HyTEPS siempre recomienda un análisis y una simulación exhaustivos antes de recomendar hardware, para evitar inversiones innecesarias.
Sí, de forma significativa. Los inversores de paneles solares y los controladores de iluminación LED son cargas no lineales que provocan armónicos y a veces supraarmónicos. Esto puede provocar interferencias con otros equipos o sobrecargar el conductor neutro. A la hora de renovar o conservar, es esencial realizar una comprobación de la calidad eléctrica para garantizar la fiabilidad del funcionamiento.
Llamamos a este fenómeno "disparos molestos". A menudo, la causa no es la cantidad total de corriente, sino la distorsión de la corriente (armónicos) o las corrientes de pico cortas que su equipo de medición pasa por alto. Esta contaminación puede sobrecalentar las protecciones térmicas o confundir las protecciones electrónicas, provocando su desconexión errónea. Una medición especializada puede averiguar exactamente por qué reacciona una protección.
Para obtener una imagen fiable, solemos medir al menos entre una y dos semanas. Esto es necesario para captar un ciclo de trabajo completo, incluidos los fines de semana y los picos de carga. En caso de averías graves específicas, también podemos realizar mediciones a corto plazo o emplear el "registro continuo de forma de onda" para captar transitorios.
Su instalador es un experto en instalación y mantenimiento (el "médico de cabecera"). HyTEPS es el especialista (el "médico de la calidad eléctrica"). Disponemos de equipos de medición avanzados, software de simulación y profundos conocimientos de ingeniería eléctrica teórica y normativa. A menudo colaboramos con los instaladores para resolver enigmas complejos que escapan a los conocimientos habituales.
Tras la medición, recibirá un informe con conclusiones en un lenguaje comprensible, así como detalles técnicos. Si es necesario, simulamos las posibles soluciones en nuestro software. Así sabrá exactamente cuál será el efecto de una medida de antemano. A continuación, supervisamos la aplicación y verificamos el resultado con una medición de seguimiento.
¿Sospecha que los accionamientos están causando fallos en su instalación, pero no sabe a qué se debe? No experimente con filtros sin un diagnóstico. Con mediciones especializadas, nuestros ingenieros pueden visualizar exactamente de dónde procede la contaminación y qué solución -desde la toma de tierra hasta el filtro activo- es la más rentable.
HyTEPS
Beemdstraat 3
5653 MA Eindhoven
