Selección de reactores de línea y filtros de salida para variadores de frecuencia

Una instalación con VFD puede sufrir dos problemas eléctricos diferentes que a menudo se agrupan bajo la palabra «ruido». En el lado de alimentación, el rectificador del variador consume corriente no sinusoidal y puede perturbar la red aguas arriba. En el lado del motor, los flancos rápidos de tensión PWM recorren el cable y pueden someter a esfuerzos al aislamiento, los rodamientos y el cableado de señales cercano. Por lo tanto, un reactor o filtro debe seleccionarse según el lado del variador y el problema que se esté midiendo.

Separe el lado de línea del lado de carga

Un reactor de línea de entrada es un inductor en serie instalado antes del VFD. Su impedancia limita la velocidad a la que cambia la corriente. Puede suavizar las perturbaciones de línea, reducir los picos de corriente y añadir una impedancia útil cuando el transformador de alimentación es rígido en relación con el variador. También introduce caída de tensión y calor, por lo que no debe considerarse una solución universal.

Un reactor de salida se instala entre el inversor y el motor. Actúa sobre la forma de onda PWM que sale del variador. Su propósito es diferente al de un reactor de entrada: puede reducir la corriente de pico, moderar el tiempo de subida de la tensión y ayudar en algunas aplicaciones con cables de motor. Que sea suficiente depende de la tensión del variador, la frecuencia de conmutación, el aislamiento del motor, el tipo y la longitud del cable y los límites del fabricante del VFD.

Un filtro de armónicos se instala en el lado de entrada y actúa sobre los armónicos de corriente de bajo orden. Un filtro dV/dt o un filtro senoidal se instala en el lado de salida. Un filtro dV/dt reduce la pendiente y el pico de los pulsos de tensión. Un filtro senoidal suprime con mayor intensidad los componentes de alta frecuencia de la salida y proporciona al motor una forma de onda más cercana a una onda sinusoidal. Estos dispositivos no son intercambiables.

Qué puede hacer un reactor de entrada y qué no

Un variador de seis pulsos carga su bus de CC mediante un rectificador de diodos. La corriente se consume en pulsos cerca de los picos de la forma de onda de tensión de CA. Añadir reactancia de línea de CA, o utilizar un variador con una inductancia de CC, distribuye esos pulsos de corriente y puede reducir la distorsión armónica total de corriente. La guía de ABB sobre mitigación de armónicos distingue esta mejora moderada de un filtro pasivo sintonizado o de un variador con frente activo.

El reactor también proporciona cierto aislamiento frente a las muescas de línea y los transitorios. Sin embargo, no es un dispositivo de protección contra sobretensiones y no limita la tensión como un SPD. No puede corregir todos los problemas de calidad de la energía. Un desequilibrio de tensión grave, una subtensión repetida, la resonancia o una alimentación débil de generador requieren un estudio a nivel de sistema.

Antes de especificar un reactor, registre la potencia nominal y la impedancia del transformador, la corriente de cortocircuito disponible, la corriente de entrada del variador, los condensadores existentes, el funcionamiento del generador y el espectro de armónicos medido. Una etiqueta que indique únicamente el porcentaje de impedancia no demuestra que la instalación terminada vaya a cumplir un límite de armónicos.

Elección de una solución para el lado de salida

El inversor produce pulsos de tensión con flancos rápidos. En los terminales del motor, la impedancia del cable y los efectos de onda reflejada pueden elevar la tensión de pico por encima del valor observado en el variador. El riesgo generalmente aumenta con la longitud del cable, la tensión, el comportamiento de conmutación y el estado del aislamiento del motor. No existe un umbral universal seguro de longitud de cable.

Utilice el manual del equipo del variador como referencia principal. Debe definir la longitud permitida del cable del motor y cuándo se requiere un reactor de salida, un filtro dV/dt, un filtro de modo común, un rodamiento aislado, una escobilla de puesta a tierra o un filtro senoidal. ABB señala que los filtros senoidales son redes de paso bajo formadas por reactores y condensadores. Suprimen los componentes de alta frecuencia de la tensión de salida y se utilizan en aplicaciones como cables de motor extralargos, transformadores elevadores o motores antiguos.

Un filtro senoidal también puede imponer límites a la frecuencia de salida, la frecuencia de conmutación, la disposición de los cables o el dimensionamiento del variador. Sus condensadores consumen corriente incluso cuando la carga mecánica es baja. Trate el variador, el filtro, el cable y el motor como un único sistema diseñado conjuntamente.

Un proceso práctico de selección

1. Defina el síntoma

No comience por un componente. Identifique si el problema es distorsión de la corriente de entrada, disparos molestos por sobretensión, tensión de pico en los terminales del motor, corriente en los rodamientos, EMI conducida, interferencia radiada o ruido audible del motor. Un solo accesorio rara vez resuelve todos estos problemas.

2. Mida en los puntos correctos

Para los armónicos de línea, registre la tensión y la corriente en el punto de acoplamiento común con una carga representativa. Para los problemas de salida, utilice instrumentos y sondas adecuados para formas de onda de variadores PWM. Un multímetro estándar no puede revelar el tiempo de subida ni los picos de onda reflejada.

3. Compruebe las combinaciones del fabricante

Confirme que el reactor o filtro esté aprobado para la serie exacta del variador, la clase de tensión, la corriente continua, el régimen de sobrecarga y la frecuencia de salida. Respete los requisitos de envolvente, ventilación, conductores, puesta a tierra y distancias de seguridad. Revise también el aislamiento del motor y la disposición de los rodamientos.

4. Modele los extremos de funcionamiento

Compruebe las cargas baja y alta, el funcionamiento en bypass, las condiciones regenerativas, la alimentación mediante generador, los cables largos, los motores múltiples y la conmutación de condensadores. ABB advierte que los filtros pasivos de armónicos pueden crear un factor de potencia adelantado con cargas ligeras e interactuar con otros condensadores mediante resonancia.

5. Ponga en servicio con datos

Registre la tensión de línea, la corriente de fase, el comportamiento del bus de CC, la forma de onda en los terminales del motor cuando corresponda, la temperatura del filtro, las alarmas del variador y la vibración de referencia. Repita las mediciones después de que la máquina alcance sus condiciones térmicas normales. Conserve estos registros junto con los parámetros del variador y el diagrama unifilar.

Detalles de instalación que determinan el resultado

Instale los componentes de entrada de acuerdo con los esquemas del variador y del filtro. No instale accidentalmente un filtro pasivo de armónicos de entrada en la salida; ABB lo identifica explícitamente como un riesgo de coordinación en campo. Mantenga cortos los conductores entre el filtro de salida y el variador cuando así lo exija el fabricante. Tienda los cables del motor alejados de los cables de señales analógicas de bajo nivel, los cables de encoder y los cables de comunicación.

Utilice una unión equipotencial de protección continua y termine el cable apantallado del motor según las especificaciones. Los filtros no compensan una mala puesta a tierra ni un tendido de cables sin control. Compruebe las temperaturas superficiales del reactor y del filtro, ya que ambos añaden pérdidas dentro de la envolvente.

Límites de la ingeniería

Los reactores son dispositivos de impedancia útiles, mientras que los filtros son redes selectivas en frecuencia. Su valor depende de adaptar el dispositivo al mecanismo medido. Para equipos relacionados, consulte nuestra colección de VFD y variadores de CA y nuestra gama más amplia de variadores y control de movimiento. La nota técnica de ABB sobre mitigación de armónicos y la guía de ABB sobre filtros para ACQ580 proporcionan un contexto útil del fabricante. La selección final debe seguir, aun así, los manuales del variador y del motor instalados.