Al instalar un variador de frecuencia (VFD), los ingenieros suelen prestar mucha atención a la potencia del motor, el voltaje, la corriente y el tipo de carga. Sin embargo, la distancia entre el VFD y el motor a veces se trata como un detalle secundario.

En realidad, la longitud del cable del motor puede afectar significativamente el comportamiento eléctrico de un sistema VFD. Cuando el cable se alarga, los terminales del motor pueden experimentar un mayor estrés de voltaje, un aumento de la interferencia electromagnética, corriente de fuga y otros problemas que no son evidentes en la placa de características del motor.

Comprender estos efectos puede ayudar a los ingenieros a seleccionar cables adecuados, planificar la instalación correctamente y determinar si se requiere un reactor de salida, un filtro dV/dt o un filtro de onda sinusoidal.

¿Por qué la salida de un VFD es diferente de una fuente de alimentación normal?

Un VFD no produce directamente un voltaje sinusoidal perfectamente suave. Sus semiconductores de potencia conmutan rápidamente el voltaje del bus de CC para crear una salida de modulación por ancho de pulso, comúnmente conocida como PWM.

La corriente del motor puede permanecer relativamente suave porque los devanados del motor tienen inductancia. Sin embargo, la forma de onda de voltaje que viaja a través del cable consta de pulsos de conmutación rápida con bordes de voltaje pronunciados.

Cuando el VFD se instala cerca del motor, estos pulsos generalmente llegan al motor con una distorsión limitada relacionada con el cable. A medida que el cable se alarga, sus características eléctricas se vuelven más importantes. El cable comienza a comportarse como una línea de transmisión en lugar de un simple conductor.

¿Cómo ocurre el voltaje reflejado?

El cable del VFD y el motor no siempre tienen la misma impedancia eléctrica. Cuando un pulso de voltaje rápido llega a los terminales del motor, parte del pulso puede ser absorbido por el motor, mientras que otra parte puede reflejarse hacia el variador.

El pulso reflejado puede combinarse con el pulso entrante y aumentar temporalmente el voltaje en los terminales del motor. Este fenómeno a menudo se denomina voltaje de onda reflejada o voltaje reflejado.

La cantidad de estrés de voltaje depende de varios factores, que incluyen la longitud del cable, el tipo de cable, la impedancia del motor, el voltaje del sistema, el tiempo de subida PWM, la frecuencia portadora, la puesta a tierra y el diseño del aislamiento del motor. Por lo tanto, no existe una única longitud de cable que se considere "larga" para cada instalación de VFD.

Los picos de voltaje repetidos pueden debilitar gradualmente el aislamiento de los devanados del motor. Los motores más antiguos o los motores no diseñados para operación con inversor pueden ser más sensibles a este estrés, especialmente en sistemas de mayor voltaje.

¿Qué otros problemas pueden causar los cables de motor largos?

El voltaje reflejado no es la única preocupación. Un cable largo también introduce capacitancia adicional entre fases y entre los conductores y tierra.

Cada vez que la salida del VFD conmuta, esta capacitancia debe cargarse y descargarse. La corriente de alta frecuencia resultante puede aumentar el estrés en la salida del variador, contribuir a la corriente de fuga y crear interferencia electromagnética.

Los síntomas posibles incluyen:

· Disparos inesperados de sobrecorriente o falla a tierra

· Aumento del ruido o vibración del motor

· Interferencia con sensores, cables de comunicación o equipos cercanos

· Mayor corriente de modo común

· Corriente en los rodamientos del motor

· Aumento de la temperatura del motor

· Inestabilidad durante la operación a ciertas frecuencias

Estos síntomas no demuestran automáticamente que la longitud del cable sea la única causa. También se deben verificar la puesta a tierra, el blindaje, el estado del motor, la configuración de los parámetros, el enrutamiento del cable y la calidad de la instalación.

¿Cómo se deben instalar los cables de motor?

La selección e instalación del cable son la primera línea de protección. Generalmente se prefiere un cable adecuado para servicio con inversor, particularmente cuando el cable del motor es largo o el entorno circundante es sensible a la interferencia eléctrica.

El blindaje del cable debe terminarse correctamente según el diseño del sistema. Las conexiones a tierra deben ser cortas, seguras y diseñadas para proporcionar una ruta de baja impedancia para la corriente de alta frecuencia.

Los cables del motor deben separarse de los cables de señal, cables de codificador, cableado de comunicación y circuitos de control de bajo voltaje. Si los cables de potencia y señal deben cruzarse, cruzarlos en aproximadamente 90 grados puede ayudar a reducir la interferencia.

La ruta del cable también debe planificarse cuidadosamente. Enrollar una longitud de cable innecesaria puede aumentar los efectos inductivos y capacitivos y, en general, debe evitarse.

¿Cuándo se utiliza un reactor de salida?

Se instala un reactor de salida entre el VFD y el motor. Agrega inductancia al circuito de salida y puede reducir la ondulación de la corriente, limitar los cambios rápidos de corriente y disminuir parte del estrés eléctrico causado por el cable.

Para longitudes de cable moderadas, un reactor de salida puede proporcionar una mejora suficiente. También puede ayudar a proteger el variador cuando el motor o el cable crean una condición de salida exigente.

Sin embargo, un reactor de salida no produce una forma de onda sinusoidal y puede que no controle completamente el voltaje reflejado en todas las aplicaciones de cable largo. Su idoneidad debe evaluarse según el VFD, el motor, la longitud del cable, el nivel de voltaje y la frecuencia de operación.

¿Cuál es la diferencia entre un filtro dV/dt y un filtro de onda sinusoidal?

Un filtro dV/dt está diseñado para reducir la tasa de cambio de voltaje y limitar los picos de voltaje que llegan al motor. Se considera comúnmente cuando la longitud del cable del motor o el estrés del aislamiento del motor excede lo que puede manejar la protección de salida básica.

Un filtro de onda sinusoidal proporciona un nivel de filtrado más alto. Convierte la salida PWM en una forma de onda que está mucho más cerca de un voltaje sinusoidal antes de que llegue al motor.

Los filtros de onda sinusoidal se pueden usar para cables de motor muy largos, motores sensibles, aplicaciones que requieren menos ruido del motor o instalaciones donde el motor está ubicado lejos del equipo de control. Son más grandes y más caros que los reactores de salida y deben coincidir correctamente con el VFD y la frecuencia de operación.

¿Cómo deben los ingenieros evaluar una aplicación de cable largo?

Antes de la instalación, los ingenieros deben confirmar:

· Voltaje y potencia de salida del VFD

· Tipo de motor y estado del aislamiento

· Distancia real entre el VFD y el motor

· Tipo de cable, blindaje y enrutamiento

· Frecuencia portadora

· Frecuencia máxima de operación

· Método de puesta a tierra

· Requisitos de compatibilidad ambiental y electromagnética

Siempre se deben revisar las recomendaciones del fabricante del VFD sobre la longitud del cable. Si la aplicación excede las condiciones recomendadas, se debe confirmar la protección de salida adecuada antes de la puesta en marcha.

Aplicación de VFDs VEIKONG en sistemas de cable largo

VEIKONG proporciona variadores de frecuencia para bombas, ventiladores, compresores, equipos de elevación, maquinaria de producción y otras aplicaciones industriales.

Al aplicar un VFD VEIKONG en un sistema con un cable de motor largo, los clientes deben proporcionar los parámetros del motor, el voltaje, la longitud del cable, el tipo de aplicación y las condiciones de instalación. Nuestros equipos de ventas e ingeniería pueden ayudar a evaluar la aplicación y determinar si se debe considerar protección de salida adicional.

La planificación correcta del cable y la protección de salida pueden reducir el estrés eléctrico, mejorar la confiabilidad del motor, minimizar la interferencia y admitir una operación más estable durante la vida útil del sistema.

Palabras relacionadas:

longitud del cable del motor VFD

Voltaje reflejado en sistemas VFDReactor de salida VFD y filtro dV/dt