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Los motores eléctricos ante problemas de calidad e inestabilidad de la red eléctrica (II)
Los sistemas eléctricos trifásicos tendrían tres vectores, cada uno con
igual magnitud pero un desfase de 120 º. Un sistema no simétrico o
desequilibrado tiene diferencias en alguna de las tres fases.
El desequilibrio entre voltajes puede ser causado por factores como los siguientes:
- Suministrador de energía.
-
Una distribución no simétrica de cargas simples, en la que una parte desproporcionadamente grande de cargas monofásicas se colocan en una de las tres fases.
-
Un circuito abierto en una fase.
-
Diferentes tamaños de cables en las tres fases.
-
Selección de conexiones equivocadas en el transformador de distribución.
-
Cargas monofásicas que crean factor de potencia bajo.
Cuando un desequilibrio de voltaje alcanza el 5 %, las corrientes de
fase pueden diferir tanto como un 40 %. Este tipo de desequilibrios en
el suministro de energía puede originar fallos en el motor rápidamente.
Por lo tanto, los voltajes de fase en una planta deben controlarse y
emprender acciones correctivas si el desequilibrio supera el 1 %.
Los métodos para corregir voltajes desequilibrados incluyen la
redistribución de las cargas monofásicas o solicitar a la compañía
distribuidora un re-equilibrio en el voltaje.
Transitorios y picos
Los transitorios y picos son a menudo el resultado de una gran actividad
de conmutación, tal como la energización de bancos de condensadores. En
áreas con grandes cargas inductivas, las empresas generadoras energizan
bancos de condensadores para incrementar el factor de potencia, mejorar
el voltaje, y reducir las tensiones del sistema que acompañan a grandes
cargas reactivas. Desgraciadamente, energizar estos bancos de
condensadores puede crear picos de voltajes transitorios que afecten a
los equipos sensiblemente.
Los rayos son también una causa común de transitorios. La enorme
cantidad de energía liberada puede destrozar controladores y equipos. Es
esencial por tanto la puesta a tierra que permita minimizar el riesgo
de daño al equipo; sin embargo, los equipos sensibles tales como
computadores o sistemas de control automatizados usualmente requieren
protección adicional. Los dispositivos utilizados para garantizar la
supresión se denominan TVSS y están recomendados para dispositivos
altamente sensibles.
Armónicos
Los armónicos son una forma de distorsión de la señal en la cual
múltiplos de la frecuencia principal (50 o 60 Hz) se superponen a la
forma de onda. La onda senoidal acaba con una apariencia dentada. Los
armónicos afectan negativamente el rendimiento de las máquinas
inductivas, tales como los transformadores y los motores de inducción.
Los armónicos pueden también interferir con la exactitud del equipo de
control sensible.
El contenido de armónicos en una señal de energía usualmente se mide en
términos de distorsión de armónicos total (THD), como se define en IEEE
Standard 519. El equipo eléctrico está diseñado para manejar una cierta
cantidad de THD (un valor común es el 5 %). Los armónicos se crean por
cargas grandes no lineales tales como los soldadores y variadores de
frecuencia variable. VFDs generan señales de armónicos que afectan tanto
al suministro de energía de entrada como a las señales de energía
enviadas a los motores. Para minimizar el efecto de los armónicos,
muchas instalaciones usan dispositivos de filtrado y transformadores de
aislamiento con VFDs.
Los armónicos incrementan la cantidad de calor generada en el devanado
del motor para una carga particular. Sin embargo, los motores son
típicamente mucho menos sensibles que los computadores o los sistemas de
comunicaciones.
Factor de potencia
El factor de potencia es el ratio entre la potencia real y la potencia
aparente. Muchas compañías eléctricas cargan honorarios adicionales
(penalizaciones de factor de potencia) si el factor de potencia de la
planta cae por debajo de 0,9. Ya que el motor de inducción típico opera
con un factor de potencia del 85 %, muchas instalaciones con grandes
motores y bajos factores de potencia se enfrentan a serias
penalizaciones si el factor de potencia no se corrige (ver también “La
corrección del factor de potencia consigue luz más verde”).
Los problemas con factor de potencia bajo resultan principalmente en
altas corrientes de línea requeridas para cumplir con la demanda de
potencia real. El flujo de corriente incrementado causa pérdidas
resistivas, que derrochan energía. Las cargas de energía reactiva
también reducen la capacidad del sistema de distribución de planta
creando una caída de voltaje adicional que causa que el equipo trabaje
incorrectamente.
El factor de potencia bajo también es causado por motores ligeramente
cargados u ociosos que operan por encima del voltaje nominal.
El factor de potencia bajo puede corregirse instalando condensadores en
un motor particular, en un centro de control de motores, o en un punto
de reparto.
Interferencia electromagnética
PWM de VFDs pueden generar niveles significativos de interferencia
electromagnética (EMI), o ruido, y ambos radian del variador y
conducidos por el conductor, bandejas de cables y conductores de tierra.
Este ruido es generado por un conmutador de voltaje de alta frecuencia.
Debido a que la conmutación es tan rápida, el ruido puede estar en el
rango de megahercios. A estas frecuencias, el ruido se acopla fácilmente
en los conductores de tierra. El ruido puede causar fallos en los
circuitos electrónicos tales como computadores, circuitos de control, y
comunicaciones.
Hay varias formas de mitigar este ruido; una es usar un modo choke común
o filtrar la salida del variador. Otra es una carcasa sobre el
alimentador del conducto de metal, del variador al motor.
Soluciones
ver 3ª parte
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