En la actualidad es ya una tendencia irreversible el accionamiento de máquinas con controles de velocidad mediante el uso de motores asincrónicos de jaula, alimentados por inversores de frecuencia, que producen tensiones y corrientes con un alto contenido armónico.
La red alimenta al variador de velocidad, este alimenta al motor, por lo que el motor es alimentado con una tensión que tiene cierta distorsión y el variador absorbe de la red una corriente también con cierta deformación.
Se sabe que la tensión aplicada a un motor produce un campo magnético en el núcleo que produce pérdidas en el hierro del circuito magnético, siendo las pérdidas por histéresis y corrientes parásitas una parte de las pérdidas en el hierro debidas al flujo magnético variable.
Es importante recordar que las pérdidas por histéresis son proporcionales a la frecuencia, mientras que las pérdidas por corrientes parásitas son proporcionales al cuadrado de la frecuencia.
En consecuencia la presencia de armónicos de tensión de frecuencia superior que la fundamental, produce pérdidas adicionales en el núcleo de los motores, incrementando su temperatura y las de los arrollamientos alojados en el núcleo.
La magnitud del calentamiento del rotor puede ser tolerada dependiendo del tipo de rotor implicado. La maquinaria con rotor devanado posee más posibilidades de verse seriamente afectada que las máquinas con rotor tipo jaula de ardilla.
En estas condiciones las pérdidas pueden alcanzar valores significativamente más altos que las calculadas si el motor está alimentado con una tensión sinusoidal, mayores pérdidas superficiales en el estator y el rotor, y pérdidas por pulsación en los dientes.
Las pérdidas en los devanados resultan de mayor preocupación que las pérdidas en el hierro. El efecto total de los armónicos es una reducción en la eficiencia y la vida de la máquina. Típicamente el calentamiento por armónicos reduce la eficiencia en un 90 a 95% de la que se observaría con una onda sinusoidal pura.
EFECTOS SOBRE EL PAR
El par en los motores de corriente alterna se produce como interacción del campo magnético en el entrehierro y las corrientes inducidas en el rotor.
Cuando el motor se alimenta con tensiones y corrientes no sinusoidales, el campo magnético en el entrehierro y las corrientes en el rotor contienen componentes de frecuencia armónicas.
Los armónicos pueden ser de secuencia positiva, negativa y de secuencia cero. Los armónicos de secuencia positiva (1, 4, 7, 10, 13, etc.) producen campos magnéticos y corrientes que giran en el mismo sentido de la fundamental. Los armónicos de secuencia negativa (2, 5, 8, 11, 14, etc.) desarrollan campos magnéticos y corrientes que giran en sentido opuesto a la fundamental. Los armónicos de secuencia cero (3, 9, 15, 21, etc.) no desarrollan un par útil, pero producen pérdidas adicionales en la máquina.
La interacción de los campos magnéticos de secuencia positiva y negativa producen oscilaciones torsionales en el eje del motor (ejemplo: bombas y compresores), provocando vibraciones y pares pulsantes que pueden afectar la calidad del producto donde las cargas de los motores son sensibles a estas variaciones.
En casos en los que se acopla una inercia significativa a la flecha del rotor, como en los grupos motor-generador, los armónicos eléctricos pueden excitar una resonancia mecánica. Las oscilaciones mecánicas producidas pueden causar fatiga de la flecha y envejecimiento acelerado de la flecha y de sus partes mecánicas conectadas.
REDUCCIÓN DE ARMÓNICOS
La solución a estos problemas puede realizarse mediante modificaciones estructurales en el sistema de accionamiento o empleando filtrado externo. Las modificaciones estructurales pueden consistir en reforzar la alimentación, en emplear un accionamiento de 12 pulsos o más, en emplear un rectificador controlado o en mejorar el filtrado interno en el convertidor.
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