Los variadores de frecuencia (VDF) son dispositivos esenciales en el control de motores eléctricos, pues permiten ajustar la velocidad, el torque y la eficiencia energética. Sin embargo, estos equipos no están exentos de problemas. Uno de los principales inconvenientes asociados con los VDF es la distorsión armónica que generan, la cual puede afectar tanto la red eléctrica como los equipos conectados a ella.
En este artículo analizaremos qué son las distorsiones armónicas, cómo se producen en los variadores y las soluciones más efectivas para mitigar sus efectos.
¿Qué son las distorsiones armónicas?
Las distorsiones armónicas son alteraciones en la forma de onda de corriente o tensión, generadas por la interacción entre los componentes electrónicos no lineales de los equipos y la red eléctrica. En lugar de una onda sinusoidal pura, la forma de onda se distorsiona debido a la superposición de múltiples frecuencias (armónicos) que son múltiplos de la frecuencia fundamental de la red (generalmente 50 o 60 Hz.
En el caso de los VDF, estas distorsiones provienen principalmente de los rectificadores que convierten la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC) dentro del equipo. Este proceso genera armónicos de corriente que se «devuelven» a la red eléctrica.
Impacto de las armónicas generadas por los variadores
1. Sobrecalentamiento de transformadores y motores: Los armónicos incrementan las pérdidas por efecto Joule y corrientes parásitas en transformadores y motores, reduciendo su vida útil.
2. Mal funcionamiento de equipos electrónicos: Los armónicos pueden causar interferencias en equipos sensibles, como sistemas de comunicación o control.
3. Incremento en las pérdidas en la red eléctrica: Las corrientes armónicas aumentan las pérdidas en conductores y equipos, afectando la eficiencia energética del sistema.
4. Deterioro del factor de potencia: Aunque los VDF pueden controlar el factor de potencia del motor, los armónicos reducen el factor de potencia de la red, requiriendo corrección adicional.
Soluciones para mitigar las distorsiones armónicas
1. Filtros pasivos
Estos dispositivos están diseñados para bloquear frecuencias específicas (los armónicos problemáticos) mientras permiten el paso de la frecuencia fundamental. Son una solución económica y efectiva para instalaciones pequeñas o medianas.
Ventajas
– Costo relativamente bajo.
– Simples de implementar.
Desventajas:
– Limitados a armónicos específicos.
– Pueden ser ineficientes si las condiciones de carga varían.
2. Filtros activos
Los filtros activos generan una señal «opuesta» a los armónicos detectados, cancelándolos en tiempo real. Estos dispositivos son ideales para instalaciones con cargas variables o para cumplir estrictos estándares de calidad de energía.
Ventajas:
– Altamente efectivos en un amplio rango de armónicos.
– Capaces de adaptarse a cambios en la carga.
Desventajas:
– Más costosos que los filtros pasivos.
– Requieren mantenimiento especializado.
3. Reactancias de línea y devanados en motores
Agregar reactancias en serie con el VDF ayuda a reducir la amplitud de los armónicos al limitar las corrientes de corto circuito en el lado de entrada.
Ventajas:
– Simples y económicas.
– Reducen la tensión en los componentes internos del VDF.
Desventajas:
– Menos efectivas que los filtros específicos.
4. Convertidores de 12 o 18 pulsos
En lugar de los tradicionales convertidores de 6 pulsos, los sistemas de 12 o 18 pulsos distribuyen la generación de armónicos entre frecuencias más altas y menos dañinas.
Ventajas:
– Reducción significativa de armónicos.
Desventajas:
– Requieren transformadores especiales y son más costosos.
5. Normativas y monitoreo
Cumplir con normas como la **IEEE 519** es fundamental para garantizar que los niveles de distorsión armónica sean aceptables. Además, implementar sistemas de monitoreo continuo puede identificar problemas antes de que se vuelvan críticos.
Conclusión
La distorsión armónica causada por los variadores de frecuencia es un problema técnico que puede afectar la calidad de la energía y el rendimiento de los sistemas eléctricos. Sin embargo, mediante el uso de filtros, reactancias, convertidores avanzados y una gestión proactiva, es posible minimizar sus efectos. Adoptar estas soluciones no solo protege los equipos, sino que también mejora la eficiencia energética y asegura la conformidad con estándares internacionales.
La clave está en evaluar las necesidades específicas de cada instalación para implementar la solución más adecuada
