Materiales para Instalaciones Electricas
Si bien es cierto que los variadores de frecuencia ofrecen excelentes prestaciones para nuestros procesos industriales, por otro lado es necesario implementar una estrategia para minimizar la cantidad de armónicos que se presentan en nuestras redes eléctricas a raíz de la instalación de estos dispositivos.
La cantidad de armónicos generados y la mejor estrategia para su eliminación dependerán de las potencias, arquitecturas de los variadores utilizados y su disposición dentro de la planta.
Variadores de 6 pulsos
La arquitectura de 6 pulsos es la más utilizada a nivel mundial debido a la practicidad de su diseño y utilización de la mínima cantidad de componentes electrónicos, lo cual le permite contar con una mayor disponibilidad y eficiencia respecto a otras arquitecturas como los variadores de 12pulsos, 18 pulsos o variadores de frente activo.
El variador de 6 pulsos consta de 6 elementos rectificadores, dos por fase (uno para el medio ciclo positivo y otro para el medio ciclo negativo de la
onda senoidal de entrada).
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Figura1. Arquitectura del
variador de 6 pulsos
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El contenido armónico generado por el rectificador se estima en 80% de la carga total, dependiendo de las características de la línea de alimentación.
Aplicaciones estándar de baja potencia
Para aplicaciones de baja potencia, hasta los 30HP, es recomendable la colocación de reactores (inductancias) de línea, debido a que el contenido armónico de estos variadores es relativamente bajo en comparación con la carga total de la red.
Este es uno de los métodos más utilizados en la industria y consiste en un enrollado de cobre que actúa como amortiguador reduciendo la distorsión armónica al 30%. El reactor AC se coloca externamente entre la red y el variador, siendo útil también para proteger el variador contra efectos transitorios de la red y alargar la vida útil del banco de condensadores interno al variador.
Dentro de este rango de potencia recomendamos la utilización de la familia de variadores iG5A de LS Industrial Systems, con la cual es posible cubrir casi la totalidad de aplicaciones industriales donde se requiera control de torque variable o torque constante en lazo abierto.
Por ejemplo: Bombas, ventiladores, extrusoras, mezcladoras, etc.
Aplicaciones especiales de potencia baja e intermedia
Para aplicaciones de alta respuesta dinámica y hasta 100HP, es posible utilizar reactores junto con la familia de variadores iS7 de LS Industrial Systems, la cual cuenta con funciones adicionales que permiten trabajar con máquinas que necesitan control de torque constante en lazo cerrado, regulación de torque en lugar de velocidad, motores de imanes permanentes.
Por ejemplo: Bombas de baja velocidad sin reductor, bobinadoras, fajas transportadoras multi-motor, etc.
Aplicaciones de alta potencia
Especial atención merecen las cargas de 100HP hacia adelante donde la reducción del contenido armónico se está convirtiendo en una prioridad para asegurar el funcionamiento adecuado de los procesos industriales,
evitando daños en componentes electrónicos sensibles y equipos de instrumentación. Al mismo tiempo es posible ahorrar la energía que se pierde en forma de calor en cables, transformadores y motores.
La solución probada que diseñamos y fabricamos para estos casos contempla la utilización de los variadores iP5A de LS Industrial Systems junto con filtros armónicos tipo LC de alta ca pacidad cuyo rango de potencia supera los 500HP en 460VAC, los mismos que se encargan de capturar los armónicos y minimizar su contenido armónico al 5%, en conformidad con la norma IEEE519. Además posibilita la convivencia de variadores de velocidad y bancos de condensadores en la misma zona de cargas sin riesgo de resonancias.
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Figura
2. Esquema típico de conexión entre variador y filtro.
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Esta tecnología es la más utilizada –principalmente- por su robustez, ya que es una solución basada en bobinas y condensadores, sin necesidad de añadir componentes electrónicos a diferencia de los filtros activos o variadores de frente activo que representan puntos de falla adicionales en el sistema eléctrico y generan mayores pérdidas por calor (alrededor del 2% adicional).
Otra de las ventajas de la utilización de filtros LC es la posibilidad de aplicarlos en variadores existentes.
MANELSA cuenta con las herramientas adecuadas para realizar los estudios de calidad de energía necesarios para identificar el número y amplitud de los armónicos presentes en las barras del variador o el secundario del transformador de alimentación.
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Figura 3. Espectro de armónicos variador de 6 pulsos.
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Es importante que las mediciones contemplen todas las condiciones de variación de la carga de los variadores y de las demás cargas conectadas al mismo transformador. Esta información es utilizada por nuestro equipo de ingeniería para diseñar y fabricar los filtros en cumplimiento con las normas más exigentes de calidad de energía tales como la IEEE519.
Al día de hoy MANELSA cuenta con la mayor base instalada de filtros de armónicos en variadores que van desde los 100HP hasta 1500HP en 460VAC, tanto a nivel del mar como aplicaciones a más de 1000msnm.
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Figura
4. Filtro de armónicos instalado en variador de 1500HP.
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Luego de la instalación de los filtros se puede verificar claramente como mejora la calidad de energía del sistema, pasando de un nivel de THDi mayor al 60% a un nivel menor al 5%.
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Figura 5. Forma de onda sin filtro, THDi>80%
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Figura 6. Forma de onda con filtro, THDi<5%
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Finalmente recomendamos la implementación de filtros armónicos de manera focalizada en los puntos donde se originan los armónicos para evitar la interferencia de armónicos en equipos adyacentes a la fuente de generación de los mismos.
En MANELSA podrá encontrar la gama más completa de variadores de frecuencia y accesorios para asegurar la continua operación de sus procesos.
