Las redes eléctricas están expuestas a los armónicos, oscilaciones de orden superior provocadas por distintos aparatos que causan sobrecalentamiento y otras averías en dispositivos conectados a la red. Aunque hay soluciones para contrarrestarlos, la más efectiva son los accionamientos ultrabajos en armónicos, que mantienen estas perturbaciones a raya de los alimentos y evitan sacudidas o vibraciones innecesarias en la línea de producción y suministro eléctrico de la planta
Por Timo Holttinen
Muchos fenómenos de la naturaleza se producen en ciclos: una rueda que da vueltas, las olas del mar o el cambio de las estaciones del año, por ejemplo. El término “ciclo” sugiere un giro a velocidad constante, algo que los matemáticos describen con la función seno. Pero los ejemplos anteriores (con la posible excepción de la rueda) no estarían adecuadamente descritos sólo con esta función. La anomalía toma la forma de frecuencias más altas que se superponen y, que a su vez, también son funciones sinusoidales. Un ejemplo es la temperatura ambiente exterior que sigue el ciclo lento de las estaciones, pero también se ve afectada por el ciclo mucho más breve del día y la noche.
Los armónicos no son un problema en sí mismos, ya que sin ellos todos los instrumentos musicales sonarían igual, los músicos no podrían tocar acordes y los surfistas no se deslizarían en las olas; sin embargo, en los sistemas eléctricos, los armónicos pueden causar el caos. Como los generadores de las centrales eléctricas giran a velocidad constante y regular, el flujo de la red de corriente alterna (CA) presenta, en el caso ideal, una forma senoidal, pero esto no suele ser así, porque se introducen armónicos en la red debido a diversos efectos.
Los arrancadores de motores, accionamientos de velocidad variable, equipos de soldar, ordenadores y fuentes de alimentación ininterrumpida producen armónicos, los cuales pueden afectar negativamente a otros aparatos y sistemas conectados a la red. En motores, transformadores y otros aparatos generan calor, que es energía desperdiciada, exige refrigeración adicional y puede dañar los equipos. Las pantallas y luces de éstos pueden parpadear, los interruptores pueden saltar y los instrumentos de medida pueden dar lecturas erróneas.
¿Por qué un accionamiento de velocidad variable produce armónicos? Un accionamiento de este tipo convierte una entrada de tensión y frecuencia fijas (de la red) en una salida de tensión y frecuencia variables (normalmente para controlar y alimentar un motor).
Para ello, suele utilizarse una conexión intermedia de corriente continua (CC); se colocan dos convertidores de manera que el primero convierte la entrada de la red de CA en CC, y luego el segundo vuelve a convertirla en CA con la tensión y la frecuencia necesarias, como se observa en el siguiente esquema:
En los accionamientos clásicos, en cambio, el convertidor del lado de la red utiliza un puente de diodos de seis impulsos. El inconveniente de esta solución es que introduce armónicos de intensidad en la red.
En la alimentación por diodo dominan los quinto y sextos armónicos (con cinco y seis veces la frecuencia de la red, respectivamente), y la distorsión resultante puede representar de 30 a 50 por ciento de la intensidad total. El problema de los armónicos no es nuevo y tiene muchas soluciones, como filtros activos y pasivos, bobinas y métodos multipulso con transformadores de devanados múltiples. Pero prevenir es mejor que solucionar y, por eso, ABB ofrece accionamientos ultrabajos en armónicos que se evitan por diseño. Un convertidor de esta clase, combinado con la unidad de alimentación activa del accionamiento y el filtro de línea, reduce la distorsión de la corriente a menos del 5 por ciento, como se observa en el esquema 2 y en la siguiente figura:
En consecuencia, los convertidores de entrada de accionamientos ultrabajos en armónicos no utilizan diodos, sino transistores bipolares de puerta aislada o IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor, por sus siglas en inglés), los cuales son utilizados para modular activamente formas de onda más suaves. En sus primeros días, los IGBT se utilizaron en accionamientos, principalmente, pero con la introducción de HVDC Light en 1997 también empezaron a cumplir funciones en redes eléctricas.
Es así como ABB ofrece una gama de aparatos ultrabajos en armónicos, como el ACS800-31, un accionamiento mural de hasta 110 kW que incluye filtros de compatibilidad electromagnética o EMC (Electromagnetic Compatibility), así como módulos de ampliación de entrada/salida. Este equipo está disponible con una clasificación de protección 21 (IP 21), ideal para la industria alimentaria. Si hace falta más potencia, el accionamiento montado en armario ACS800-37 llega hasta 2 mil 800 kW con una clasificación de protección de IP 54. Los accionamientos de ABB son fáciles de configurar y adecuados para una amplia gama de ambientes de trabajo y clases de suministro.
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Timo Holttinen
ABB Discrete Automation and Motion, Drives and Controls Helsinki, Finlandia
