El impacto de los filtros de salida del inversor en la protección del motor
Con la creciente adopción de variadores de frecuencia (VFD) en aplicaciones industriales y comerciales, la necesidad de una protección eficaz de los motores se ha vuelto cada vez más importante. Los variadores de frecuencia (VFD) proporcionan un control preciso de la velocidad y el par de los motores eléctricos, mejorando la eficiencia energética y la flexibilidad del proceso. Sin embargo, su uso presenta ciertos desafíos eléctricos, especialmente en la etapa de salida, que pueden afectar negativamente la fiabilidad y la vida útil del motor. Una de las soluciones más eficaces para mitigar estos problemas es la implementación de filtros de salida del inversor.
Comprensión de los filtros de salida del inversor
Los filtros de salida del inversor son dispositivos eléctricos que se instalan entre el variador de frecuencia (VFD) y el motor. Su función principal es suavizar la forma de onda de voltaje modulada por ancho de pulso (PWM) generada por el variador de frecuencia (VFD), reduciendo así los componentes de alta frecuencia y los picos de voltaje que suelen presentarse en la salida. Los tipos más comunes de filtros de salida del inversor incluyen filtros sinusoidales, filtros dV/dt y reactancias de modo común.
Filtros de onda sinusoidal: estos filtros de salida del inversor convierten la salida PWM del variador de frecuencia (VFD) en una forma de onda casi sinusoidal, muy similar al voltaje producido por una red eléctrica tradicional.
Filtros dV/dt: Estos filtros de salida del inversor están diseñados para limitar la tasa de cambio de voltaje (dV/dt) en los terminales del motor, lo que ayuda a prevenir la tensión de aislamiento y la descarga parcial en los devanados del motor.
Choques de modo común: estos filtros de salida del inversor se centran en reducir el ruido de modo común y las corrientes de fuga, que pueden provocar corrientes de cojinetes e interferencias electromagnéticas (EMI).
Cómo los filtros de salida del inversor protegen los motores
Reducción de picos de voltaje y dV/dt
La rápida conmutación de los IGBT (transistores bipolares de puerta aislada) en los variadores de frecuencia (VFD) modernos genera pulsos de tensión de alta frecuencia en la salida. Al viajar estos pulsos por el cable hasta el motor, pueden causar sobreimpulsos de tensión y tiempos de subida de tensión pronunciados (dV/dt elevados) en los terminales del motor. Estas condiciones pueden superar la capacidad de aislamiento de los devanados del motor, lo que provoca una ruptura prematura del aislamiento, descargas parciales y, en última instancia, la falla del motor. Los filtros de salida del inversor, especialmente los filtros dV/dt y de onda sinusoidal, reducen significativamente estos picos de tensión y los valores de dV/dt, prolongando así la vida útil y la fiabilidad del motor.
Mitigación de corrientes de cojinetes
La tensión de modo común generada por los variadores de frecuencia (VFD) puede inducir corrientes circulantes en los cojinetes del motor. Con el tiempo, estas corrientes pueden causar electroerosión (EDM) y picaduras en las superficies de los cojinetes, lo que resulta en un aumento de la vibración, el ruido y, finalmente, la falla de los cojinetes. Los filtros de salida del inversor, en particular las bobinas de choque de modo común, ayudan a suprimir las tensiones de modo común y a reducir el riesgo de corrientes en los cojinetes, protegiendo así los componentes mecánicos del motor.
Minimización de interferencias electromagnéticas (EMI)
Los variadores de frecuencia (VFD) son una fuente de interferencias electromagnéticas debido a su conmutación de alta frecuencia. Esta interferencia electromagnética puede afectar a equipos sensibles cercanos e incluso interrumpir los sistemas de comunicación. Los filtros de salida del inversor atenúan el ruido de alta frecuencia, garantizando así la compatibilidad electromagnética (CEM) y reduciendo el riesgo de interferencias con otros dispositivos de la instalación.
Permitir el uso de motores estándar con cables largos
El uso de variadores de frecuencia (VFD) con cables de motor largos puede amplificar los efectos negativos de las ondas reflejadas, los picos de tensión y las interferencias electromagnéticas (EMI). Los filtros de salida de los inversores permiten utilizar con seguridad motores estándar (no diseñados específicamente para su uso con inversores) en aplicaciones con longitudes de cable extensas, mitigando estos efectos perjudiciales. Esto reduce la necesidad de costosos motores para su uso con inversores y proporciona mayor flexibilidad en el diseño del sistema.
Mayor eficiencia del motor y menor calentamiento
Al proporcionar una forma de onda de voltaje más limpia y sinusoidal al motor, los filtros de salida del inversor ayudan a reducir las pérdidas adicionales y el calentamiento que pueden producirse debido a armónicos y corrientes de alta frecuencia. Una temperatura más baja del motor contribuye a una mayor vida útil del aislamiento y a una reducción de los costos de mantenimiento.
Los filtros de salida del inversor desempeñan un papel fundamental en la protección del motor cuando se utilizan variadores de frecuencia (VFD). Al abordar las tensiones eléctricas impuestas por las formas de onda PWM (como picos de tensión, dV/dt elevados, corrientes en los cojinetes y EMI), estos filtros de salida del inversor ayudan a garantizar la longevidad, la fiabilidad y el funcionamiento seguro de los motores eléctricos. La integración del filtro de salida del inversor adecuado en un sistema accionado por un variador de frecuencia (VFD) no solo protege el motor, sino que también mejora el rendimiento general del sistema, reduce los costes de mantenimiento y contribuye al cumplimiento de las normativas de compatibilidad electromagnética (CEM). A medida que las aplicaciones de los variadores de frecuencia (VFD) se expanden en todos los sectores, comprender e implementar soluciones eficaces de filtrado de salida del inversor es esencial para una protección óptima del motor y la fiabilidad del sistema.
