6 formas de reducir eficazmente la corriente de fuga de los variadores de frecuencia

Análisis de casos: Comprensión de la corriente de fuga de los VFD en aplicaciones reales

Hola a todos, hoy quiero compartir un caso real in situ que preocupa a muchos ingenieros. Se trata de Corriente de fuga VFD en los motores, alcanzando a veces varios amperios o incluso más de diez. Esto plantea dos preguntas habituales:

• ¿Es tal corriente de fuga del motor perjudicial para el motor o el Accionamientos VFD?
• ¿Cómo reducirlo eficazmente?

Antecedentes del caso: Alta corriente de fuga en un gran sistema de motores

Esta es la situación concreta:

Un usuario está ejecutando un VFD de 160 kW con un motor de 132 kW, utilizando un cable de 96 metros de longitud. La resistencia de puesta a tierra del motor es de 2 ohmios, y tanto el variador de frecuencia como el motor están correctamente conectados a tierra. Cuando se midió con una pinza amperimétrica, el cable de puesta a tierra de protección mostró 15 A de corriente. La preocupación del usuario era: “¿Cómo podemos eliminar esta corriente de fuga? Si seguimos funcionando así, ¿dañará el motor o el variador de frecuencia?”.”

Análisis inicial: La corriente de fuga de los VFD es un fenómeno normal

En primer lugar, este Corriente de fuga VFD es un fenómeno normal, no un fallo inusual o peligroso. Mientras no forme tensión en el eje o corriente en el eje, no es perjudicial ni para el motor ni para el variador de frecuencia. El principal problema es psicológico: cuando los usuarios observan que fluyen entre 10 y 15 A por la línea de tierra, suelen sentirse incómodos, aunque técnicamente no suponga un peligro directo para el equipo.

La razón es que siempre que un variador de frecuencia funciona, la conmutación del IGBT genera armónicos de alta frecuencia. Estos armónicos viajan a lo largo de los cables del motor, y parte de la energía se acopla a tierra, formando corriente de fuga. Se trata de una característica inherente a los VFD y Cableado del motor VFD, no un mal funcionamiento.

Uso incorrecto de los dispositivos de corriente residual (RCD) con los VFD

Muchos institutos de diseño o usuarios finales, al no comprender plenamente las características de los VFD, instalan dispositivos convencionales de protección contra fallos a tierra (RCD o GFCI) en el lado de la alimentación de entrada. Una vez instalados, los Corriente de tierra VFD causa frecuentes Disparo del variador de frecuencia por fallo a tierra, lo que provoca tiempos de inactividad innecesarios.

En realidad, instalar un dispositivo normal de protección contra fugas en la entrada de un variador de frecuencia carece de sentido. ¿Por qué? Porque:

• El VFD ya está conectado a tierra.
• El motor está conectado a tierra.
• Incluso los blindajes de los cables están conectados a tierra.

Añadir un protector contra fugas sólo provoca disparos molestos e interrumpe la producción. Por este motivo, los institutos profesionales de diseño no suelen recomendar los RCD convencionales para los VFD.

Desarrollo de protectores contra fugas compatibles con VFD

En los últimos años, debido a la demanda de los usuarios, algunos fabricantes han desarrollado GFCI compatible con VFD dispositivos. Estos dispositivos funcionan de forma diferente: sólo detectan la corriente de fuga por debajo de 100 Hz, ignorando las fugas de mayor frecuencia causadas por los armónicos. Dado que la mayoría de Corriente de modo común VFD y Corriente de fuga de la longitud del cable VFD están en el rango de los kHz, estos dispositivos evitan los falsos disparos frecuentes.

Sin embargo, incluso con estos protectores especiales, no se pueden evitar los disparos ocasionales. Además, el umbral de disparo debe ajustarse mucho más alto (300-500 mA). Si se ajusta a los 25-30 mA convencionales, el variador de frecuencia se disparará inmediatamente al arrancar. Esto hace que estos dispositivos de protección tengan menos sentido en el uso industrial real.

Por lo tanto, la mejor práctica es no instalar protectores de fugas convencionales en las entradas de los variadores de frecuencia.

Medidas prácticas para reducir la corriente de fuga de los variadores de frecuencia

Aunque la corriente de fuga no puede eliminarse, puede reducirse con varias medidas:

1.Reducir la frecuencia portadora (reducción de la frecuencia portadora VFD)

La reducción de la frecuencia de conmutación disminuye el número de impulsos armónicos generados por los IGBT, reduciendo así tanto la corriente armónica como la corriente de fuga. Hay que tener cuidado: si la carga del motor es rígida (accionamiento por engranaje o cadena), bajar demasiado la frecuencia portadora puede provocar vibraciones. Para Bombas VFD o Ventiladores VFD, En general, este ajuste es seguro.

2.Acortar la longitud del cable del motor

Cuanto más largo sea el cable, mayor será el acoplamiento capacitivo y la corriente de fuga. El dimensionamiento adecuado del cable de salida del variador de frecuencia es crucial para reducir las fugas.

3.Evite los cables apantallados siempre que sea posible

Aunque los cables apantallados ayudan a evitar las interferencias electromagnéticas, el diseño de los cables VFD apantallados o no apantallados afecta significativamente a la corriente de fuga. Los cables apantallados aumentan las fugas debido a un mayor acoplamiento capacitivo. Para aplicaciones sensibles a las fugas, utilice cables no apantallados de tres núcleos.

4.Instalar reactores o filtros de salida

Añadir una reactancia de salida VFD para cables largos o un filtro du/dt suprime los armónicos, los picos de tensión y reduce las corrientes de fuga. Tenga cuidado al utilizar filtros LC: el lado del condensador debe conectarse al motor, mientras que el lado del inductor se conecta al VFD. Invertirlos puede dañar el variador.

5.Evite los cables enterrados o en conductos de acero

Son preferibles las bandejas de cables enterradas con ventilación. Los conductos de acero aumentan la capacitancia parásita y empeoran la corriente de fuga del variador de frecuencia.

6.Utilizar cables de motor tripolares simétricos

Un cable no apantallado de tres núcleos reduce el desequilibrio en comparación con los cables trifásicos de cuatro hilos, mitigando las corrientes circulantes y las fugas.

Conclusión: La corriente de fuga es inherente a los sistemas VFD

Resumiendo: Corriente de fuga VFD es un subproducto inherente a la conmutación de alta frecuencia y a los armónicos. No puede eliminarse por completo, sólo mitigarse. Mientras no provoque una corriente en el eje o una rotura del aislamiento, no supone ningún daño directo. La instalación de protectores de fugas convencionales en las entradas de los variadores de frecuencia sólo genera disparos y tiempos de inactividad innecesarios.

La mentalidad correcta en ingeniería no es temer la fuga en sí, sino comprender su origen y gestionarla con los medios adecuados. Selección del cable del motor VFD, y prácticas razonables de conexión a tierra.