Filtro Sinus Plus++ INDUCTIVE COMPONENTS AG. (Filtro de salida para interferencias de alta frecuencia de modo común) HighTech aus Deutschland

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1 INDUCTIVE COMPONENTS AG Filtro Sinus Plus++ (Filtro de salida para interferencias de alta frecuencia de modo común) Stand: HighTech aus Deutschland

2 Quien abandona en el intento de ser mejor deja de ser bueno.

3 Alcance de este documento Los convertidors de frecuencia, que normalmente tienen frecuencias de conmutación de 2 a 20kHz, producen un considerable ruido de modo común (asimétrico). La conmutación rápida del voltaje de CC causa picos de corriente en los cables del motor y cuanto más largo es el cable, mayor es la amplitud de los picos de corriente. La rápida consecución del voltaje resultante (dv/dt) comprende muchas frecuencias armónicas y cuanto más rápido se alcanza, el espectro de la frecuencia armónica resultante es más amplio (sobre 150 khz) y el rizo de la onda sinusoidal del voltaje entre la línea y tierra es peor. Esta disturbancia es un resultado de interferencia de modo común causada por la capacitancia parasitaria entre varias partes de metal del motor y tierra y provoca el flujo de corrientes pulsadas no deseadas. El Filtro Sinus Plus ++ proporciona un sistema que hace que las interferencias de modo común vuelvan al puente de CC en lugar de dirigirse a través del enlace capacitivo a tierra. Principalmente esta técnica es utilizada para proteger motores utilizados en procesos críticos o cuando el reemplazo del motor es demasiado caro, pero también puede utilizarse cuando las corrientes de fuga de circuitos conectados en paralelo causan interferencias. Introducción La mayoría de los motores modernos tienen transmisiones de velocidad variable que usan un convertidor de frecuencia utilizando medios semiconductores (IGBTs). Las técnicas de conmutación usadas generan altos valores de cambio de voltaje que pueden provocar efectos no deseados en el motor, dependiendo de requisitos de aplicaciones particulares. Los largos cableados entre el convertidor de frecuencia y el motor y los tiempos de conmutación rápidos pueden llevar a un fallo prematuro del motor dañando los cojinetes o haciendo fallar el aislamiento u otros fenómenos inaceptables como pérdidas de potencia, niveles de ruido acústico altos y corrientes de tierra parasitarias. La solución convencional es instalar un filtro low-pass en los terminales de salida del convertidor de frecuencia, que reduzca la interferencia en modo diferencial (Simétrica) a una forma de onda sinusoidal con un contenido de rizo menor del 5%. Figura 1: Circuito convencional de Filtro Sinusoidal 1

4 No obstante, hay algunos casos donde esta solución es inadecuada, particularmente en aplicaciones donde haya disturbancias de alta frecuencia de modo común (asimétricas) y la fiabilidad del motor es de extrema importancia o el reemplazo del motor es caro. Las interferencias en modo común pueden causar acoplamiento con condensadores a través del estator, rotor, cojinetes, marco y equipos conectados que provocarán la circulación de corrientes pulsadas. Figura 2: Diagrama mostrando los pasos de tierra para corriente de alta frecuencia pasando a través de los cojinetes del motor al eje de transmisión Hay una solución a este problema que implica el uso combinado de un filtro de salida de modo diferencial convencional y uno de modo común fabricado por REO Inductive Components. Esto elimina el daño de los cojinetes causado por el calor como resultado de la circulación de corrientes pulsadas. También hay otros beneficios... - Pueden usarse longitudes de cable ilimitadas entre el convertidor de frecuencia y el motor - Pueden utilizarse frecuencias de conmutación más altas > 8kHz - Se reduce el ruido audible - Puede emplearse una transmisión más pequeña debido al cable reducido y las pérdidas de corriente eddy (ahorro de coste) - No se requiere un filtraje adicional en la red si el convertidor tiene un filtro integrado. - La interferencia de radiación de los cables es reducida al mínimo. - Puede usarse un cable de motor sin pantalla (ahorro de coste) - Prevención de voltajes peligrosos y corrientes de fuga Este se llama Filtro Sinus Plus ++ Tipo CNW 961 Figura 3: El Filtro Sinus Plus ++ para interefencias de modo diferencial (simétrico) y modo común (asimétrico) 2

5 Puede verse en el diagrama que el filtro es vuelto a conectar al puente de cc y esto proporciona un paso de impedancia bajo a la fuente de corrientes parasitarias. Comparación entre un Filtro Sinusoidal común y el Filtro Sinus Plus ++ Figura 4: Trazas del voltaje tomadas entre U - PE y V - PE Como puede verse, el filtro sinusoidal convencional no anula la disturbancia en modo común pero el Filtro Sinus Plus ++ sí lo hace. También reduce el RFI de la entrada... 3

6 Aplicaciones del Filtro Sinus Plus ++ Una protección típica para el Filtro Sinus Plus ++ es la protección de los cojinetes de una bomba de motor subterránea de un sistema de calefacción de panel combinado geotérmico/ solar. El cableado desde el convertidor de frecuencia a la bomba es muy largo y la columna de agua proporciona una impedancia baja de vuelta a tierra que fomenta los pulsos de corriente a través de los cojinetes del motor. Reemplazar o reparar la bomba sería un trabajo muy costoso. El Filtro Sinus Plus ++ se conecta a los terminales de salida del convertidor de frecuencia para reducir las disturbancias de modo común que provocarían daños prematuros en los cojinetes. El emc general del equipo es también altamente mejorado. El fallo de los cojinetes no es el único problema que se soluciona aplicando el Filtro Sinus Plus ++. El diagrama de abajo muestra la extracción de agua de un pozo. Éstos se encuentran normalmente en localizaciones remotas; en el medio de un bosque por ejemplo, y el tiraje del cableado al motor de la bomba está normalmente a una distancia muy larga. Las disturbancias de modo común de alta frecuencia retornan, a través del paso de impedancia más bajo, a tierra a través del conducto del agua tal como se muestra en el diagrama. Una de las condiciones de la licencia de extracción es que se elabore un expediente preciso del agua bombeada fuera del pozo. No obstante, las interferencias de alta-frecuencia provocan que el equipo de medición refleje resultados imprecisos de forma que no se pueden aceptar. Este problema puede solucionarse instalando un Filtro Sinus Plus ++ de REO. Otra aplicación donde el Filtro Sinus Plus ++ puede ser útil es cuando hayan muchos motores conectados en paralelo a un único convertidor de frecuencia, como en el caso de un aparcamiento de varias plantas por ejemplo, donde varios aparatos de ventilación son convertidos por un convertidor. No sólo es el tiraje total del cable muy largo, sinó que también hay un buen acoplamiento capacitivo entre los cables. 4

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