VARIADOR - Perturbaciones de alta frecuencia

Todos conocemos los grandes beneficios del uso de variadores de frecuencia para controlar motores de AC o inducción (entre otros). Pero muchas veces no se tienen del todo presentes las interferencias que pueden generar estos equipos...

Los variadores funcionan con IGBTs para generar la tensión de salida PWM. La rápida conmutación de estos transistores es la principal causa de que se generen estas perturbaciones de alta frecuencia (EMI).
En este artículo se pretende conocer mejor este fenómeno "fantasma", así como el papel que juega en nuestras instalaciones y las acciones que pueden minimizarlo.

¿CÓMO SE TRANSMITEN?

Podemos distinguir dos tipos distintos de EMIs, en función del medio por el que se propaguen: 

- Interferencias conducidas.
Se generan corrientes de fuga que son conducidas desde la salida hasta la línea (a través de los cables y capacitancias del motor), generando perturbaciones de hasta 30MHz. 

- Interferencias radiadas (RFI).
Se generan también ondas electromagnéticas de alta frecuencia que son emitidas al entorno, generando perturbaciones radiadas de hasta 1GHz. 

¿CÓMO NOS AFECTAN?

- Provocan interferencias en receptores (tanto conectados a la misma red de alimentación como aislados).
Es muy común que, por ejemplo, los buses de comunicación (serie, Ethernet, etc) que se encuentran en el mismo entorno se vean afectados. Apareciendo errores como el de CRC debido a las falsas lecturas y corrupción de los datos.
Véase, en la imagen adjunta, un ejemplo de comunicaciones RS-485. La señal se ve claramente golpeada por los efectos del ruido, pues dos bits cambian de estado, falseando la trama.

-Limitan la distancia del cable del motor.

Las perturbaciones pueden generar caídas de tensión. Esto no permite pasar la normativa de compatibilidad electromagnética (CEM).

- Aparición de corrientes parásitas en los rodamientos del motor.
Este fenómeno deriva en una disminución notable del rendimiento del motor (p.e. aumento de temperatura y vibraciones). Lo que puede culminar con daños irreversibles en el mecanismo.

- Picos de tensión en los rodamientos del motor.
Esto también puede afectar el correcto funcionamiento del motor, dañándolo. 

¿CÓMO MINIMIZARLAS?

- Instalación de filtro EMC en la entrada del variador.
Es útil tanto para las perturbaciones conducidas como radiadas. El filtro dependerá de la norma a cumplir (C1, C2 o C3) y la longitud del cable del motor.

- Uso de cable apantallado entre variador y motor.
Es muy efectivo para las interferencias radiadas.
Se recomienda dejar la menor longitud de cable posible fuera de la malla. Y que dicha pantalla esté conectada a tierra en ambos extremos.

- Instalación de ferrita (del diámetro adecuado) en la salida del variador. 
Para minimizar al máximo las emisiones radiadas, este accesorio debe instalarse lo más cerca posible del variador. Por el interior de la ferrita deben pasar, mínimo dos veces, los cables de fase (nunca el de tierra o la pantalla).
Aún mejor si también se instala la ferrita en la parte del motor, siguiendo las mismas directrices.

- Respetar las normas de cableado básicas recomendadas para cumplir EMC.
Evitar que los cables de entrada y salida del variador (potencia) estén cerca. 
Separar lo máximo posible los cables de señal de los de potencia para que estos primeros no se vean afectados. Evitar también que discurran paralelos y, si hay que cruzarlos, hacerlo en un ángulo de 90 grados (para evitar capacitancias).
Minimizar longitudes de cables evitando "loops" cerca de los cables de potencia para que no haya un "efecto antena". 
También revisar y validar la conexión a tierra de los equipos que estén en la red.

¿CÓMO DETECTARLAS?

Hay distintos instrumentos de medición y detección de EMIs. Seguidamente se presentan algunos de los más comunes:

- Receptor de medida.
Aparato de medida muy caro, normalmente para laboratorios de pruebas EMC. Engorroso de utilizar pero muy preciso. 

- Analizador de espectro.
Dispositivo considerablemente más económico. Tiene menor sensibilidad, por lo que se utiliza para comprobaciones y diagnóstico rápido.

- Pinza de absorción y sonda de corriente.
Capaz de medir emisiones de 30MHz directamente como un campo radiado. Se presenta como un posible sustituto "casero" a las pruebas de emisiones.

- Osciloscopio.
Indirectamente, puede ayudarnos a diagnosticar problemas de ruido (normalmente en los receptores), por ejemplo, detectando fluctuaciones de tensión en señales  de control afectadas.