Estrategias de mejora de la calidad de la energía para sistemas de carga con variadores de frecuencia (VFD)

Si bien los variadores de frecuencia (VFD) aportan comodidad y eficiencia a la producción automatizada, también introducen contaminación armónica en los sistemas de suministro eléctrico, especialmente en sistemas con alta densidad de VFD. Mejorar la calidad de la energía es un problema crítico y complejo. Los VFD generan corrientes armónicas, lo que provoca fluctuaciones de voltaje, distorsión de voltaje y potencialmente interferencias electromagnéticas, afectando su propio funcionamiento y el de otros equipos sensibles. A continuación, se presentan las principales estrategias para mejorar la calidad de la energía en dichos sistemas: Estrategia central: Gestión integral (combinación de múltiples medidas) 1. Mitigación de armónicos: Filtros pasivos: Principio: Un circuito sintonizado LC compuesto por inductores, condensadores y resistencias proporciona una ruta de baja impedancia para armónicos específicos (por ejemplo, 5.º, 7.º, 11.º y 13.º armónico), desviándolos o absorbiéndolos. Ventajas: Costo relativamente bajo, estructura simple y confiable, fácil mantenimiento y puede proporcionar una compensación parcial de potencia reactiva fundamental. Desventajas: Solo pueden filtrar armónicos específicos; pueden desafinarse debido a cambios en la impedancia del sistema o deriva de los parámetros del filtro, reduciendo la efectividad; pueden resonar en paralelo con el sistema, amplificando otros armónicos; solo pueden compensar una cantidad fija de potencia reactiva. Aplicaciones: Adecuados para aplicaciones con espectros armónicos relativamente fijos, órdenes armónicas bien definidas y cambios mínimos en la impedancia del sistema. Se instalan comúnmente en la entrada del inversor o en el bus de distribución. Filtro activo de armónicos (AHF): Principio: Detección en tiempo real de los componentes armónicos en la corriente de carga. Un convertidor electrónico de potencia genera una corriente armónica de igual magnitud y dirección opuesta que se inyecta en la red, cancelando así los armónicos generados por la carga. Ventajas: Puede compensar dinámicamente múltiples armónicos simultáneamente (típicamente de 2.º a 50.º orden); no se ve afectado por la impedancia del sistema, no se produce resonancia; velocidad de respuesta rápida (milisegundos); puede compensar simultáneamente la potencia reactiva y la corriente de secuencia negativa (desequilibrio trifásico); el efecto de filtrado no se ve afectado por los armónicos de fondo de la red. Desventajas: Costo relativamente alto; genera algo de rizado de conmutación de alta frecuencia (requiere tratamiento). Aplicaciones: La solución más efectiva y flexible para controlar los armónicos del inversor, especialmente adecuada para aplicaciones con espectros armónicos complejos, cambios frecuentes de carga y altos requisitos de calidad de energía. Se puede instalar en la entrada del inversor, en el bus del grupo de carga o en el bus principal del sistema. Rectificación de múltiples pulsos: Principio: Utilizar transformadores desfasadores especialmente diseñados (por ejemplo, de 12 pulsos, 18 pulsos, 24 pulsos) para proporcionar voltajes con diferentes diferencias de fase a múltiples puentes rectificadores, haciendo que los armónicos de la corriente de entrada se cancelen entre sí, reduciendo así significativamente los armónicos característicos. Ventajas: Reduce la generación de armónicos en la fuente; alta confiabilidad (solución pasiva). Desventajas: Alto tr