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Los variadores de frecuencia (VFD) se utilizan comúnmente para controlar la velocidad del motor y optimizar el consumo de energía en sistemas industriales.
Sin embargo, los VFD funcionan como cargas no lineales. Esto significa que consumen corrientes que no son suaves, incluso si el voltaje de suministro es una onda sinusoidal perfecta.
Esto sucede porque los VFD cambian la alimentación de CA a CC. Luego, la vuelven a convertir en una señal de CA modificada. Este proceso ayuda a controlar la velocidad del motor.
A pesar de los avances en la tecnología, como los convertidores de múltiples pulsos (sistemas de 12, 18 o 24 pulsos), los convertidores frontales activos, los filtros de armónicos pasivos o los reactores de línea, las corrientes armónicas aún pueden fluir a través del sistema, causando distorsión de voltaje. Estas corrientes armónicas son problemáticas porque afectan la calidad general de la energía suministrada a otros equipos, lo que podría provocar interrupciones operativas.
Sobrecalentamiento de transformadores y motoresPuede ocurrir debido a corrientes adicionales. Este calor puede dañar el aislamiento y acortar la vida útil de las piezas eléctricas.
Mal funcionamiento de instrumentos, sensores o medidores electrónicos: La distorsión armónica puede interferir con el funcionamiento preciso de dispositivos sensibles.
Sobrecarga de los condensadores de corrección del factor de potencia: La presencia de corrientes armónicas puede hacer que los condensadores funcionen fuera de su capacidad nominal, lo que provoca posibles fallos.
El fallo prematuro de los disyuntores puede ocurrir cuando hay demasiadas corrientes armónicas. Estas corrientes pueden hacer que los interruptores se disparen o se desgasten más rápido. Esto se debe a que los interruptores no pueden soportar estas cargas desiguales.
Los armónicos interrumpen el funcionamiento normal de los sistemas de suministro de energía. Las cargas no lineales generan armónicos de voltaje y corriente que afectan negativamente a equipos como transformadores, cables y disyuntores. Estas distorsiones aumentan las pérdidas de calor, lo que hace que los sistemas de energía sean menos eficientes y más propensos a fallar. Los efectos pueden ser inmediatos o retardados, dependiendo del tipo de equipo afectado.
La distorsión de voltaje causada por armónicos puede afectar significativamente la entrega de energía, especialmente en instalaciones con alta automatización. Incluso pequeños niveles de distorsión (tan bajos como 2%) pueden alterar las operaciones en sistemas críticos. Las muescas de voltaje y la distorsión de la forma de onda debido a las corrientes armónicas pueden dañar los dispositivos sensibles. Esto incluye equipos de estado sólido, sistemas de sincronización y controladores.
El problema es aún más pronunciado en los sistemas alimentados por generadores de reserva. Estos generadores tienen una impedancia reactiva más alta, entre el 15% y el 20%. Por el contrario, los transformadores de servicios públicos tienen una impedancia más baja, del 2% al 5%. Esta diferencia puede aumentar la caída de voltaje y los efectos de distorsión armónica.
Los generadores con mayor impedancia interna pueden tener problemas para manejar cargas armónicas. Esto puede afectar su capacidad para mantener niveles de voltaje estables.
Para mitigar estos efectos, generadores más grandes con impedancia reducida pueden ayudar a gestionar las cargas armónicas de forma más eficaz. Un análisis armónico adecuado es importante. Ayuda a garantizar que tanto los sistemas de servicios públicos como los de generadores puedan gestionar la distorsión armónica. De esta manera, la calidad de la energía no se ve perjudicada.
Los problemas relacionados con los armónicos a menudo se hacen evidentes cuando los VFD se activan por primera vez. Al principio, los problemas pueden parecer menores y pasar desapercibidos. Sin embargo, a medida que las personas agregan más VFD, motores y sistemas de corrección del factor de potencia, estos problemas pueden agravarse.
Con el tiempo, síntomas como sobrecalentamiento del equipo, mal funcionamiento y formas de onda de voltaje distorsionadas se vuelven más claros. Esto muestra la necesidad de una gestión activa de armónicos. Sin una intervención adecuada, estos problemas pueden resultar en reparaciones costosas, tiempo de inactividad e incluso fallas en el equipo.
Instalaciones modernas con componentes electrónicos sensibles: ubicaciones como plantas de fabricación farmacéutica, laboratorios de investigación e instalaciones de procesamiento químico son altamente susceptibles a la distorsión armónica. Estos sitios dependen de sistemas de control precisos.
Estos incluyen reguladores de temperatura y monitores electrónicos. Incluso los pequeños problemas de calidad de la energía pueden provocar interrupciones operativas. La energía limpia y estable es fundamental para garantizar la precisión de los procesos y las mediciones.
Instalaciones con cargas mixtas: Los hospitales, aeropuertos, centros de telecomunicaciones y bancos suelen tener una combinación de cargas. Estos incluyen dispositivos de diagnóstico, sistemas HVAC, iluminación y computadoras.
Cuando predominan las cargas no lineales, introducen distorsión armónica en la fuente de alimentación de CA, lo que afecta el rendimiento del equipo conectado. Estas instalaciones corren un riesgo especial si utilizan generadores de reserva. La mayor impedancia de estos sistemas puede empeorar los problemas armónicos.
Sistemas impulsados por VFD: Los VFD atraen inherentemente corrientes no lineales, que crean distorsión armónica en todo el sistema. Estas corrientes pueden provocar picos de tensión, especialmente en los terminales del motor, cuando se combinan con cables de alimentación largos.
Los picos de voltaje pueden exceder los 1500 V en un sistema de 480 V, lo que sobrecarga el aislamiento del motor y acelera el desgaste. Para evitar esto, los ingenieros suelen agregar reactores de carga de impedancia. Suelen ser del 3% o del 5%. Los instalan en el lado de carga del VFD cuando los cables del motor miden más de 110 pies.
Sistemas conectados a generadores: los sistemas alimentados por generadores de reserva requieren una planificación cuidadosa para manejar las cargas no lineales producidas por los VFD. Los alternadores de gran tamaño, similares a los utilizados en los sistemas de arranque suave, pueden mejorar el rendimiento del generador bajo tales cargas.
Usar tecnologías como Los transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) de 12 pulsos pueden mejorar el funcionamiento de los variadores de frecuencia (VFD) con los generadores. Hfiltros armónicos también pueden ayudar con esto. Esto se hace reduciendo los efectos armónicos.
Sistemas de alarma críticos: Los sistemas de alarma, como las alarmas contra incendios y robos, son sensibles a la distorsión del voltaje. Esto es especialmente cierto en sistemas de aire acondicionado débiles. Estos armónicos afectan especialmente a hospitales e instalaciones de infraestructura crítica que dependen de alarmas para su seguridad. La gestión de armónicos es fundamental para garantizar la confiabilidad de estos sistemas.
Para gestionar los problemas armónicos de forma eficaz, se debe realizar un análisis armónico desde el principio. Puede realizar esta evaluación en colaboración con la empresa de servicios públicos o mediante un consultor independiente de calidad de energía. Es importante seguir las directrices IEEE 519 para los límites de armónicos en sus instalaciones. Esto ayuda a garantizar el cumplimiento y evitar problemas.
Puedes usar medidores de calidad de energíapara monitorear niveles armónicos e identificar distorsión en formas de onda actuales. Monitorear el estado de los transformadores secundarios, los generadores de reserva y los componentes electrónicos sensibles es esencial para detectar posibles problemas antes de que se agraven.
Para abordar los problemas de armónicos existentes, las soluciones incluyen filtros de armónicos activos, reactores de línea y la actualización a VFD de 12 o 18 pulsos. YT Electric diseña sus filtros activos para cancelar corrientes armónicas. Esto ayuda a mejorar el factor de potencia y aumenta la eficiencia general del sistema. Además, los reactores de carga de impedancia pueden reducir los picos de voltaje y proteger los motores de problemas con cables de alimentación largos.
Para instalaciones nuevas, los ingenieros deben diseñar sistemas que tengan en cuenta la distorsión armónica. El uso de rectificadores de 12 o 18 pulsos es un método confiable para reducir significativamente la distorsión armónica, lo que garantiza la estabilidad operativa a largo plazo.
Las soluciones avanzadas de YT Electric ofrecen un enfoque confiable para abordar los armónicos, mejorar la eficiencia del sistema eléctrico y proteger equipos sensibles.
YT Electric es el mayor fabricante OEM de AHF y SVG de bajo voltaje con más de 15 años de experiencia. Todos los productos cuentan con certificaciones para los estándares ISO9001, CE y CQC, y los informes de pruebas tipo las respaldan.
Para obtener más información sobre cómo nuestros SVG pueden mejorar la calidad de la energía: contáctenos en sales@ytelect.com.
palabras clave: mitigación de armónicos, sistema eléctrico, sistema de distribución, punto de acoplamiento común
Consumo de cargas, cargas lineales, voltaje de línea, distorsiones armónicas totales, bus de CC, mezcla homogénea, soluciones líquidas, frecuencia fundamental
compatible con la red ipv6
