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Frecuencia portadora del variador de frecuencia (VFD): equilibrando el ruido del motor, el calentamiento del variador y las interferencias electromagnéticas (EMI)

Frecuencia portadora del variador de frecuencia (VFD): equilibrando el ruido del motor, el calentamiento del variador y las interferencias electromagnéticas (EMI)

Frecuencia portadora (de conmutación) del VFD explicada: cómo compensa la reducción del ruido audible del motor con el aumento del calentamiento del variador, el estrés en cables y rodamientos y las interferencias electromagnéticas (EMI), y cómo elegir los kHz adecuados.
Frecuencia portadora del variador de frecuencia (VFD): equilibrando el ruido del motor, el calentamiento del variador y las interferencias electromagnéticas (EMI)

Frecuencia portadora , también llamada frecuencia de conmutación, es la velocidad a la que un variador de frecuencia conmuta sus transistores de salida para construir la tensión modulada por ancho de pulso que alimenta el motor.

Normalmente se ajusta entre 2 y 16 kHz, y el valor que elija implica un compromiso entre el ruido del motor y el calentamiento del variador, la tensión en los cables y las interferencias eléctricas.

Qué es en realidad la frecuencia portadora

Un variador de frecuencia no envía al motor una onda sinusoidal suave. Sus IGBT conmutan el bus de CC encendiendo y apagando miles de veces por segundo, y la anchura de esos pulsos promedia la forma sinusoidal que necesita el motor. La frecuencia portadora es la frecuencia a la que ocurre esa conmutación.

Una frecuencia portadora más alta produce una forma de corriente más suave; una más baja produce una más tosca.

Qué ganas al aumentarla

  • Motor más silencioso. Por debajo de aproximadamente 8 kHz la conmutación se sitúa en el rango audible, por lo que el motor emite un zumbido o un silbido a la frecuencia portadora. Eleva la portadora por encima del rango audible y el motor funciona en silencio.
  • Corriente más suave, menos calentamiento del motor. Una forma de onda más limpia significa menos armónicos circulando por los devanados, por lo que el motor funciona ligeramente más frío.

Qué cuesta

  • Calentamiento del variador. Cada evento de conmutación disipa energía en los transistores. Si duplicas la frecuencia portadora, aproximadamente duplicas las pérdidas por conmutación, por eso los variadores reducen su corriente de salida nominal con ajustes de portadora altos.
  • Estrés en el aislamiento y los cables. Bordes de tensión más rápidos y pronunciados se reflejan a lo largo de cables largos del motor y pueden casi duplicar la tensión pico en los terminales del motor, sometiendo a estrés el aislamiento de los devanados. Vea prueba de resistencia de aislamiento para saber cómo se detecta ese daño.
  • Corrientes en los rodamientos. La conmutación de alta frecuencia acopla capacitiva al eje y puede descargarse a través de los rodamientos, provocando picaduras en las pistas con el tiempo.
  • Más EMI. Los bordes más rápidos irradian más, por lo que el apantallamiento y el filtrado importan más. Esto está relacionado con la calidad de la energía en la fabricación.

Cómo elegir un ajuste

Empiece desde el valor predeterminado del variador, a menudo alrededor de 4 kHz, y cámbielo solo por una razón. Aumente la portadora cuando el ruido audible del motor sea un problema en un espacio ocupado.

Bájela cuando el variador reduzca su capacidad en un armario caliente, cuando los cables del motor sean largos o cuando la vida del aislamiento y de los rodamientos importe más que el ruido. Con cables largos, añada un filtro dV/dt o un filtro de salida tipo onda sinusoidal en lugar de simplemente aumentar la portadora.

Mantener los variadores en buen estado con el tiempo

La frecuencia portadora es uno de varios ajustes del variador que influyen discretamente en la fiabilidad. Cuando un variador que ha estado funcionando durante años empieza a disparar fallos, los códigos de fallo cuentan la historia: vea códigos de fallo de variadores ABB .

Una plataforma de monitorización que registre tendencias de temperatura del variador, disparos y corriente del motor convierte esas advertencias tempranas en una reparación programada. Fabrico lee esa señal de la línea y genera una orden de trabajo automáticamente antes de que una avería molesta se convierta en un variador fallado. Reserve una demo de Fabrico para verlo.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la frecuencia portadora típica de un variador (VFD)?

La mayoría de los variadores de uso general tienen por defecto alrededor de 4 kHz. Valores de 2 a 16 kHz son comunes, usándose ajustes más altos cuando es necesario minimizar el ruido audible del motor.

¿Ahorra energía una frecuencia portadora más alta?

Normalmente no. Reduce ligeramente las pérdidas armónicas en el motor pero aumenta las pérdidas por conmutación en el variador, por lo que el efecto neto sobre la eficiencia total es pequeño y a menudo negativo en ajustes altos.

¿Por qué mi variador reduce su capacidad a una frecuencia portadora alta?

Una conmutación más alta genera más calor en los transistores, por lo que el variador debe reducir su corriente de salida continua para mantenerse dentro de su límite térmico.

¿Puede la frecuencia portadora dañar los rodamientos del motor?

La conmutación de alta frecuencia puede inducir pequeñas corrientes a través del eje que se descargan por los rodamientos y provocan picaduras en las pistas. Los anillos de puesta a tierra del eje y los rodamientos aislados son las defensas habituales.

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