Explicación del variador de frecuencia de media tensión: cómo funciona, qué topología elegir y qué especificar

Qué es un variador de frecuencia de media tensión y por qué existe

Un variador de frecuencia de media tensión (MV VFD), también conocido como variador de frecuencia ajustable de media tensión (AFD), variador de velocidad ajustable de media tensión (ASD) o simplemente variador de media tensión, es un sistema electrónico de potencia que controla la velocidad y el par de un motor de CA de media tensión variando la frecuencia y el voltaje del suministro eléctrico que se le entrega. Cuando los VFD de bajo voltaje funcionan con voltajes del sistema de hasta 690 V, los variadores de voltaje medio cubren el rango desde aproximadamente 2,3 kV a 13,8 kV , abordando las grandes cargas de motores que no son prácticos para alimentar a través de sistemas de bajo voltaje debido a los niveles de corriente prohibitivamente altos que resultarían.

La realidad física que impulsa la necesidad de equipos de media tensión es sencilla: la potencia es igual a la tensión multiplicada por la corriente. Una carga de motor de 2 MW alimentada a 480 V consume más de 2400 amperios; los tamaños de cables, las clasificaciones de los interruptores y los requisitos de los dispositivos de protección se vuelven inmanejables a esta escala. La misma carga de 2 MW alimentada a 4160 V consume aproximadamente 280 amperios, un nivel que se maneja fácilmente con cableado y aparamenta de media tensión estándar. Para motores industriales de más de 1 a 2 MW, el suministro de media tensión no es una preferencia sino una necesidad práctica de ingeniería, y los VFD de media tensión son la tecnología de control que hace posible el funcionamiento a velocidad variable de estas grandes máquinas.

Las instalaciones globales de variadores de voltaje medio se concentran en industrias que consumen mucha energía: compresión y bombeo de petróleo y gas, transportadores y elevadores para minería, estaciones de bombeo de agua y aguas residuales, procesamiento de cemento y agregados, fábricas de pulpa y papel, laminadores de acero y grandes sistemas HVAC. El argumento económico a favor de los VFD de media tensión se basa principalmente en las leyes de afinidad que rigen las cargas centrífugas (bombas y ventiladores), que establecen que la potencia del eje varía con el cubo de la velocidad de rotación. Reducir la velocidad de una bomba en sólo un 20% reduce su consumo de energía en aproximadamente 49% , lo que produce ahorros de energía que normalmente permiten recuperar la inversión total en el disco en un plazo de 12 a 36 meses en aplicaciones de alto tiempo de ejecución.

Cómo funciona un VFD de media tensión: el camino básico de alimentación

Todos los variadores de media tensión, independientemente de su topología, comparten la misma secuencia fundamental de conversión de energía. Comprender esta secuencia es la base para evaluar por qué diferentes topologías hacen concesiones de ingeniería.

El suministro de entrada (normalmente CA trifásica de media tensión procedente del bus de distribución de la instalación) ingresa al variador y primero se convierte a CC mediante una etapa rectificadora. Este estado intermedio de CC desacopla el convertidor del lado de la red del convertidor del lado del motor, lo que permite variar la frecuencia y el voltaje de salida independientemente de la frecuencia de suministro de entrada. Luego, una etapa inversora reconvierte la CC en CA trifásica a la frecuencia y el voltaje requeridos por el motor en cualquier punto de operación determinado. Los interruptores del inversor (en la mayoría de las topologías de variadores de MT, transistores bipolares de puerta aislada (IGBT)) se encienden y apagan miles de veces por segundo, controlados por algoritmos de modulación de ancho de pulso (PWM) que dan forma a la forma de onda de salida para aproximarse a un voltaje sinusoidal en la frecuencia objetivo.

En voltaje medio, el desafío es que los interruptores semiconductores de potencia individuales no pueden soportar el voltaje total del sistema en sus terminales sin fallar. Un solo IGBT con capacidad de 1700 V no puede conmutar directamente un bus de 4160 V. Las topologías de los variadores de MT abordan esta restricción de varias maneras diferentes (apilando dispositivos en serie, usando configuraciones de circuitos multinivel o conectando en cascada múltiples celdas convertidoras de bajo voltaje) y estos diferentes enfoques producen las distintas familias de topologías que se describen a continuación.

Topologías MV VFD: los cinco diseños principales y sus compensaciones

No existe una topología única dominante en el mercado de variadores de media tensión. Cada uno de los diseños principales representa un compromiso de ingeniería diferente entre la calidad de la forma de onda de salida, el rendimiento armónico, las clasificaciones de los componentes, la compatibilidad del motor y el costo del sistema. Seleccionar la topología adecuada para una aplicación determinada es una de las decisiones de ingeniería más importantes en un proyecto de convertidor de frecuencia de media tensión.

Punto neutro de tres niveles sujeto (3-L NPC)

La topología NPC de tres niveles ha estado disponible comercialmente desde finales de la década de 1980 y sigue siendo una de las más implementadas en el mercado. Utiliza un enlace de CC dividido por condensador con diodos de sujeción para producir tres niveles de voltaje distintos en la salida, en lugar de la simple conmutación de dos niveles (encendido/apagado) de un inversor básico. La salida de tres niveles produce una calidad de forma de onda de salida significativamente mejor que un diseño de dos niveles, lo que reduce la tensión dv/dt en los devanados del motor y reduce la distorsión armónica. La topología NPC está disponible en ABB (ACS1000, ACS6080) y varios otros fabricantes importantes, normalmente con tensiones nominales de 2,3 kV a 6,9 kV. Su principal limitación es que los diodos de sujeción crean una carga asimétrica en los condensadores del enlace de CC durante condiciones de funcionamiento desequilibradas, lo que requiere una gestión cuidadosa del diseño.

Puente H en cascada (CHB): tecnología de celdas multinivel

La topología de puente H en cascada, también llamada tecnología de celdas multinivel o tecnología de celdas en serie, construye la forma de onda de salida conectando en cascada múltiples celdas inversoras de puente H de bajo voltaje en serie en cada fase de salida. Cada celda opera a niveles de bajo voltaje convencionales (utilizando IGBT probados con clasificación de 1700 V, idénticos a los utilizados en la industria de accionamientos de bajo voltaje de alto volumen), y la salida combinada de las celdas conectadas en serie produce la salida de voltaje medio requerida. Con suficientes celdas en serie, la forma de onda de salida se acerca a una onda sinusoidal casi perfecta, con una distorsión armónica extremadamente baja y una tensión dv/dt muy baja en el aislamiento del motor. La topología CHB es utilizada por Benshaw (Serie MVH2), Siemens (SINAMICS GM150) y otros. Sus ventajas clave son el rendimiento armónico inherente, la compatibilidad con motores estándar que no funcionan con inversor y la capacidad de reemplazo de celdas modulares: una celda defectuosa se puede reemplazar individualmente sin reemplazar todo el conjunto del inversor, lo que minimiza el tiempo de inactividad. También requiere un transformador de entrada de devanados múltiples para proporcionar fuentes de alimentación aisladas para cada banco de celdas.

Convertidor modular multinivel (MMC)

El convertidor modular multinivel es una topología más nueva que amplía aún más el concepto multinivel, utilizando una gran cantidad de submódulos idénticos de medio puente o de puente completo conectados en serie para formar cada brazo del convertidor. Los variadores MMC producen formas de onda de salida de muy alta calidad con muy bajo contenido armónico y son escalables a niveles de potencia muy altos. La topología está ganando terreno comercial en aplicaciones superiores a 10 MW y se utiliza en el ACS6080 de ABB y plataformas similares de alta potencia. Su complejidad y la gran cantidad de submódulos basados ​​en condensadores requieren algoritmos de control sofisticados y sistemas de monitoreo más extensos que las topologías más simples, lo que históricamente ha limitado su uso a las aplicaciones más grandes y de mayor valor.

Inversor de fuente de corriente PWM (CSI)

Los variadores de fuente de corriente utilizan un inductor de CC grande en lugar de un banco de capacitores como elemento de almacenamiento de energía del enlace de CC, lo que le da al inversor el carácter de una fuente de corriente en lugar de una fuente de voltaje. Los variadores CSI producen una forma de onda de salida controlada por corriente y son particularmente adecuados para variadores de motor síncronos y aplicaciones que requieren frenado regenerativo, ya que el enlace de CC basado en inductor maneja el flujo de energía bidireccional de manera más natural que un VSI basado en capacitor. La calidad de la forma de onda de salida de un CSI PWM es buena, pero normalmente requiere un filtro de condensador en los terminales del motor para mitigar el contenido de alta frecuencia. El PowerFlex 7000 de Rockwell Automation es uno de los variadores de media tensión basados ​​en CSI en servicio más reconocidos.

Inversor de carga conmutada (LCI)

El inversor de carga conmutada es una tecnología madura que se utiliza para accionamientos de motores síncronos grandes y de muy alta potencia: compresores, bombas y ventiladores con capacidades nominales superiores a 10 a 20 MW. Los variadores LCI utilizan tiristores (SCR) en lugar de IGBT como dispositivos de conmutación; Los tiristores se conmutan mediante la contraEMF del motor síncrono en lugar de mediante un circuito de apagado de puerta, razón por la cual la carga (el motor) debe ser una máquina síncrona que funcione por encima de una velocidad mínima para proporcionar el voltaje de conmutación. Los variadores LCI son extremadamente robustos y tienen una capacidad de potencia muy alta, pero producen un contenido armónico relativamente alto y están limitados a cargas de motores síncronos a altos niveles de potencia. Son la tecnología de caballo de batalla para grandes trenes compresores de GNL, estaciones de bombeo de tuberías y grandes ventiladores industriales.

Ahorro de energía: el argumento comercial principal para los VFD de media tensión

El principal impulsor económico de la mayoría de las instalaciones de VFD de media tensión es la reducción del coste energético de las cargas de ventiladores y bombas centrífugas. Las leyes de afinidad, las relaciones fundamentales de dinámica de fluidos que gobiernan las máquinas centrífugas, establecen que el flujo varía linealmente con la velocidad del eje, la presión varía con el cuadrado de la velocidad y la potencia varía con el cubo de la velocidad. Esta relación cúbica hace que el control de la velocidad sea desproporcionadamente poderoso como estrategia de gestión de la energía.

En un proceso que hace funcionar una bomba al 80 % de su velocidad máxima durante una parte importante de su tiempo de ejecución, el variador consume aproximadamente el 51 % de la energía que se consumiría a máxima velocidad, una reducción de casi la mitad de una reducción de velocidad del 20 %. Para un motor de bomba de 2 MW que funciona a velocidad reducida durante 6.000 horas al año con una tarifa de electricidad industrial, el ahorro de energía anual puede superar los cientos de miles de dólares. Frente a un costo total instalado de VFD de MT que generalmente oscila entre $150 a $500 por kW De la clasificación del motor dependiendo de la clase de voltaje y la topología, se pueden lograr períodos de recuperación de uno a tres años para aplicaciones centrífugas de alto tiempo de funcionamiento.

Más allá del ahorro de carga centrífuga, los VFD de media tensión ofrecen beneficios operativos y energéticos adicionales. El arranque suave (acelerar el motor gradualmente desde velocidad cero en lugar de aplicar voltaje total a través de la línea) elimina la alta corriente de entrada (generalmente de 6 a 8 veces la corriente de carga completa) que ocurre durante el arranque a través de la línea. Esto elimina los impactos mecánicos en el tren de transmisión, reduce el estrés térmico en los devanados del motor y evita la caída de voltaje en el bus de distribución que acompaña a los grandes arranques de motores. El control preciso de la velocidad también permite la optimización de procesos que pueden reducir el desperdicio de material, mejorar la calidad del producto y reducir el desgaste de los equipos mecánicos posteriores, beneficios que se suman al argumento financiero más allá de la reducción del costo de la electricidad por sí sola.

Armónicos: qué generan los VFD de media tensión y cómo gestionarlos

Los variadores de frecuencia, incluidos los de media tensión, son cargas no lineales: extraen corriente del suministro en pulsos en lugar de hacerlo suavemente, generando corrientes armónicas que fluyen hacia el sistema de energía. Estas corrientes armónicas causan distorsión de voltaje en el bus de distribución, lo que puede interferir con la instrumentación sensible, sobrecalentar transformadores y cables diseñados para operación de frecuencia fundamental y causar disparos molestos de los dispositivos de protección. La gestión de la distorsión armónica es un elemento obligatorio de cualquier instalación de MV VFD, no un refinamiento opcional.

Cómo las diferentes topologías afectan el rendimiento armónico

El diferenciador más importante en el rendimiento armónico es el diseño del rectificador de la topología del variador y el número de pulsos. Un rectificador estándar de seis pulsos, el diseño más simple y común, genera corrientes armónicas 5.º, 7.º, 11.º y 13.º como componentes dominantes. Las configuraciones de rectificador de doce y dieciocho pulsos cancelan los pares armónicos de orden inferior, lo que reduce significativamente la distorsión armónica total (THD). La topología del puente H en cascada, en virtud de su transformador de entrada de múltiples devanados que proporciona suministro desfasado a cada banco de celdas, logra inherentemente números de pulso efectivos de 18 a 36 o más dependiendo del número de celdas, produciendo una distorsión armónica de entrada muy baja sin hardware de filtrado adicional. El estándar IEEE 519, que es la especificación armónica de referencia para sistemas de energía industriales en América del Norte, establece límites tanto para la THD de corriente en el punto de acoplamiento común como para la distorsión de voltaje armónico individual; la mayoría de las especificaciones de adquisición de VFD de MV requieren el cumplimiento de IEEE 519 como condición mínima de suministro.

Estrategias de mitigación armónica

Cuando el rendimiento armónico inherente de la topología de unidad seleccionada no cumple con los requisitos de calidad de energía del proyecto, hay disponible hardware de mitigación adicional. Los filtros de armónicos pasivos (circuitos LC sintonizados instalados en el bus de entrada del variador) absorben frecuencias de armónicos específicos antes de que ingresen al sistema de distribución. Las etapas del rectificador de extremo frontal activo (AFE) utilizan conmutación controlada por PWM en el lado de entrada del variador para extraer una corriente de entrada casi sinusoidal, logrando una THD muy baja sin los riesgos de resonancia asociados con los filtros pasivos. Los reactores de línea de entrada proporcionan atenuación armónica parcial a un costo menor que los filtros armónicos completos, pero no cumplen con IEEE 519 por sí solos para la mayoría de las instalaciones. La estrategia de mitigación de armónicos debe determinarse durante la fase de ingeniería del proyecto, no como una ocurrencia tardía, porque afecta la clasificación del transformador, el diseño del panel de entrada del variador y el costo general del sistema.

Consideraciones de compatibilidad de motores y cables

No todos los motores y configuraciones de cables son igualmente compatibles con el funcionamiento del MV VFD. La forma de onda del voltaje de salida de un variador (incluso un diseño multinivel de alta calidad) no es una onda sinusoidal pura, y los componentes de conmutación de alta frecuencia en la salida pueden causar problemas que no ocurren en el funcionamiento del motor en línea.

Tensión del aislamiento del motor y ondas reflejadas

Los primeros diseños de variadores de MT (topologías de conmutación de dos niveles particularmente simples) producían pulsos de voltaje de frente pronunciado en los terminales del motor que causaban una rápida degradación del aislamiento y fallas prematuras del motor. Esto llevó a la necesidad de motores de "servicio inversor" con sistemas de aislamiento reforzado en aplicaciones VFD de bajo voltaje. Una de las ventajas clave de las topologías de variadores de MT multinivel, particularmente los diseños CHB y NPC, es que su mayor calidad de forma de onda de salida reduce drásticamente el dv/dt (tasa de aumento de voltaje) y el estrés de voltaje máximo en los terminales del motor, lo que los hace compatibles con motores estándar de media tensión que no han sido clasificados específicamente para el funcionamiento del variador. Sin embargo, la longitud del cable entre el variador y el motor sigue siendo una variable importante: los cables largos del motor actúan como líneas de transmisión y pueden producir reflexiones de voltaje que casi duplican el voltaje máximo en los terminales del motor. Para instalaciones con cables largos, un filtro du/dt o un filtro sinusoidal en la salida del variador es una medida de protección estándar.

Corrientes de rodamientos de motores

La conmutación PWM en los VFD genera voltajes de modo común (voltajes que aparecen simultáneamente en las tres fases de salida con respecto a tierra) que pueden hacer que la corriente fluya a través de los cojinetes del eje del motor hacia tierra. Estas corrientes de rodamiento erosionan la superficie de la pista de rodadura a través del mecanizado por descarga eléctrica (EDM), creando picaduras que producen ruido y eventualmente fallas en el rodamiento. Los anillos de puesta a tierra del eje, los cojinetes aislados y los filtros de modo común son las medidas de mitigación estándar. En el caso de los grandes motores de media tensión, el riesgo se comprende bien y habitualmente se incorporan medidas de protección en las especificaciones del variador o del motor, pero deben abordarse explícitamente en lugar de asumir que son innecesarias.

Aplicaciones industriales donde los VFD de media tensión ofrecen el mayor valor

Variadores de frecuencia de media tensión se implementan en una amplia gama de industrias, pero ciertas categorías de aplicaciones ofrecen el mayor retorno de la inversión porque combinan grandes potencias de motores, un alto tiempo de ejecución anual y una importante variabilidad de procesos que hace que el control de velocidad sea valioso.

• Petróleo y gas: Las bombas de tuberías, los trenes de compresores para la transmisión de gas y la licuefacción de GNL, las bombas de elevación de agua de mar para plataformas marinas y las bombas de inyección de agua representan grandes cargas de motores de media tensión en las que tanto el ahorro de energía como la capacidad de arranque suave justifican la instalación de VFD de media tensión. En entornos marinos, el tamaño compacto y la protección contra arco eléctrico de los modernos variadores de tensión media cerrados abordan las limitaciones de espacio y seguridad de las instalaciones de plataformas.
• Agua y aguas residuales: Las grandes estaciones de bombeo municipales (bombas de admisión, bombas de refuerzo de la red de transmisión y estaciones de bombeo de aguas residuales) se encuentran entre las aplicaciones de VFD de media tensión más comunes a nivel mundial porque la combinación de motores de gran potencia, ciclos de trabajo continuos y perfiles de demanda variables produce una rápida recuperación de la energía. Los variadores de media tensión en aplicaciones de aguas residuales se especifican cada vez más con carcasas IP54 o superiores y con sellado ambiental contra sulfuro de hidrógeno y humedad.
• Minería: Las transmisiones por cinta transportadora, las transmisiones por elevación y bobinado, los grandes ventiladores y las transmisiones por molinos (molinos SAG, molinos de bolas) representan las principales aplicaciones de VFD de media tensión en minería. La capacidad de controlar la aceleración del transportador reduce con precisión la tensión mecánica en la correa y reduce los intervalos de mantenimiento en los empalmes de la correa y las poleas de cola, un beneficio operativo que se suma al costo de energía en operaciones de alto tonelaje.
• Cemento y áridos: Los accionamientos de hornos, molinos de crudo y grandes sistemas de ventiladores en las plantas de cemento funcionan de forma continua y representan cargas eléctricas importantes. Los requisitos de par variable de estos procesos (particularmente el arranque del horno, que requiere un par alto a una velocidad muy baja) hacen que el control VFD sea superior a las alternativas de arranque suave o de línea, tanto para el rendimiento como para la protección del equipo.
• Generación de energía: Las bombas de alimentación de calderas, los ventiladores de tiro forzado, los ventiladores de tiro inducido y las bombas de circulación de agua en centrales térmicas son aplicaciones clásicas de carga variable y alto tiempo de funcionamiento en las que las modernizaciones de VFD de media tensión han producido ahorros de energía del 20 al 40 % en sistemas previamente controlados por acelerador o compuerta.
• Marino y offshore: Los sistemas de propulsión eléctrica para embarcaciones (propulsores, unidades de propulsión en cápsulas y unidades de propulsión principales) utilizan unidades de voltaje medio para controlar motores de propulsión grandes. Los cruceros, los buques de transporte de GNL, los buques de apoyo en alta mar y las aplicaciones navales representan un mercado en crecimiento para los VFD de MV diseñados para cumplir con los requisitos de la sociedad de clasificación marítima (DNV, Lloyd's Register, ABS).

Instalación y puesta en marcha: lo que requiere un proyecto MV VFD exitoso

Un variador de frecuencia de media tensión no es un dispositivo plug-and-play. El trabajo mecánico, eléctrico y de integración de sistemas requerido para instalar y poner en servicio un variador de MT representa una parte sustancial del costo total del proyecto y es donde se originan la mayoría de los problemas del proyecto cuando no se planifican adecuadamente. Comprender lo que requiere una instalación correcta evita los errores comunes que producen retrasos en la puesta en servicio, deficiencias en el rendimiento y problemas tempranos del equipo.

Requisitos civiles y mecánicos

Los gabinetes MV VFD son grandes y pesados: un variador CHB típico de 2 MW con su transformador de entrada puede pesar de 5000 a 15 000 kg o más y requiere una sala eléctrica dedicada con piso reforzado, temperatura y humedad controladas y ventilación forzada o aire acondicionado para mantener el entorno operativo especificado del variador. La mayoría de los fabricantes especifican una temperatura ambiente máxima de 40°C y una humedad relativa máxima del 95% sin condensación. El transformador de entrada, si está separado del gabinete del variador, requiere su propia asignación de espacio y separación contra incendios según los códigos eléctricos locales. Las puertas de acceso deben tener el tamaño adecuado para el conjunto reemplazable más grande (generalmente una celda de energía completa o un devanado de transformador) para permitir el mantenimiento sin un desmontaje importante del equipo adyacente.

Diseño y enrutamiento de cables

El cable de media tensión entre el transformador de fuente y la entrada del variador, y entre la salida del variador y el motor, debe especificarse para la clase de voltaje del sistema, la clasificación de corriente continua, las condiciones de instalación (conducto, bandeja, enterrado directo) y la longitud del tendido. Como se señaló anteriormente, los tramos largos de cables del motor pueden causar una amplificación del voltaje de onda reflejada en los terminales del motor; la mayoría de los fabricantes especifican longitudes máximas de cable para operación sin filtros de salida, y estos límites deben verificarse con el tramo de cable real en el diseño del proyecto antes de finalizar la selección del variador. Todo el cableado de MT requiere blindaje del cable, terminación adecuada y prácticas de conexión a tierra de acuerdo con el código eléctrico aplicable y los requisitos de instalación del fabricante.

Integración del sistema de control

Los variadores de media tensión se integran invariablemente en los sistemas de control de la planta a través de comunicaciones digitales: Modbus RTU, Profibus, Profinet, EtherNet/IP, DeviceNet y otros protocolos industriales son compatibles con las plataformas de variadores modernas. La integración del sistema de control debe diseñarse antes de poner en servicio el variador, incluida la definición de todas las fuentes de referencia de velocidad, todas las señales de falla y habilitación del variador, todas las variables de retroalimentación del proceso (velocidad, corriente, potencia, códigos de falla) que serán monitoreadas por el sistema DCS o SCADA de la planta, y todos los enclavamientos de protección que deben disparar el variador desde el sistema de seguridad del proceso. La puesta en servicio sin una interfaz del sistema de control completamente probada y documentada es una de las causas más comunes de retraso en el arranque del variador en proyectos grandes.

Procedimiento de puesta en servicio

La puesta en marcha del variador de MT debe ser realizada por ingenieros calificados con capacitación específica en la plataforma del variador y con equipo de protección personal adecuado y procedimientos de trabajo seguros para trabajos eléctricos de media tensión. La secuencia de puesta en servicio incluye prueba de resistencia de aislamiento previa a la energización de todos los cables y el motor, verificación de la continuidad y polaridad del cableado de control, confirmación de la rotación correcta de las fases en la entrada y salida del variador, programación de parámetros para que coincida con los datos de la placa de identificación del motor y los requisitos de velocidad, torque y protección de la aplicación, verificación de la rotación sin carga a baja velocidad antes de conectar la carga y prueba de carga en todo el rango de velocidades con verificación de la regulación de velocidad, los límites de corriente y la operación de la función de protección. Las pruebas de aceptación en fábrica (FAT) del variador en las instalaciones del fabricante antes del envío son una práctica estándar para grandes proyectos de variadores de MT y brindan la oportunidad de verificar el conjunto completo de parámetros y la interfaz del sistema de control antes de que el equipo llegue al sitio.

Especificaciones clave que debe confirmar antes de comprar un VFD de media tensión

Los variadores de media tensión representan inversiones de capital que van desde varios cientos de miles hasta varios millones de dólares, según la potencia, la topología y los accesorios. Obtener las especificaciones correctas antes de la compra protege la inversión y garantiza que el variador funcione según lo requerido durante su vida útil. Las siguientes especificaciones deben confirmarse por escrito antes de emitir una orden de compra.

• Clasificación y tolerancia del voltaje de entrada: Confirme que el voltaje de entrada nominal del variador coincida con el voltaje de suministro de la instalación (2,3 kV, 3,3 kV, 4,16 kV, 6,0 kV, 6,6 kV, 11 kV o 13,8 kV son los niveles estándar) y confirme que la tolerancia del voltaje de entrada (generalmente ±10 % del nominal) es compatible con la variación de voltaje real en el bus de distribución de la instalación.
• Potencia del motor y clasificación de corriente: El variador debe estar clasificado para la corriente de carga completa del motor al voltaje del terminal del motor. Confirme tanto la clasificación de corriente continua como la clasificación de sobrecarga (generalmente 110 % o 150 % durante un período de corta duración definido) con el perfil de carga conocido del motor, incluido el arranque, la carga máxima y las condiciones regenerativas.
• Distorsión armónica de salida y cumplimiento de IEEE 519: Especifique la THD de corriente máxima permitida en el punto de acoplamiento común con el sistema de distribución de la instalación y confirme que el sistema de accionamiento, incluido cualquier equipo de mitigación de armónicos, alcance este límite en las condiciones operativas esperadas. Solicite datos de forma de onda de corriente de entrada de muestra de instalaciones anteriores con configuraciones similares.
• Compatibilidad de longitud del cable del motor: Proporcione la longitud real del cable del motor en el proyecto y confirme la longitud máxima del cable del fabricante sin filtros de salida al voltaje de operación y tipo de cable propuestos. Si el recorrido excede el límite, especifique el tipo de filtro de salida requerido y obtenga confirmación del voltaje del sistema combinado de transmisión y filtro en los terminales del motor.
• Clasificación del gabinete y especificaciones ambientales: Confirme la clasificación IP o NEMA del gabinete con el entorno de instalación. Los entornos de salas limpias interiores pueden aceptar NEMA 1 (IP20); Los entornos industriales con polvo, humedad o atmósfera corrosiva requieren NEMA 12 (IP54) o superior. Los entornos de aguas residuales, minería y alta mar generalmente requieren protección ambiental adicional más allá de las clasificaciones NEMA estándar.
• Disposiciones de omisión y redundancia: Para procesos críticos donde el tiempo de inactividad del motor es inaceptable, especifique la disposición de derivación: si se requiere un contactor de derivación transversal completo, si se necesita capacidad de transferencia síncrona (transferencia entre la salida del VFD y la alimentación de línea sin detener el motor) y si la derivación de la celda de potencia (específica de la topología CHB) proporciona una redundancia adecuada para el funcionamiento a velocidad reducida después de una falla de la celda.
• Protección contra arco eléctrico: Los variadores de media tensión contienen energía almacenada en condensadores del enlace de CC y se alimentan desde un bus de media tensión; la energía incidente del arco eléctrico en caso de una falla interna es potencialmente muy alta. Especifique una construcción de gabinete resistente al arco (probada según IEEE C37.20.7 o equivalente) para instalaciones donde el acceso del personal durante las operaciones normales crea un riesgo de exposición. Algunos fabricantes ofrecen diseños de variadores de MT resistentes a arcos, como el SC9000 EP de Eaton, específicamente dirigidos a entornos de aguas residuales, minería y petróleo y gas.
• Certificaciones y cumplimiento de estándares: Confirme el cumplimiento de los estándares aplicables para el lugar de instalación y la industria: IEEE 519 para armónicos, UL 508A o equivalente para construcción de paneles, serie IEC 61800 para sistemas de transmisión de velocidad ajustable y cualquier estándar específico de la industria (API 541/547 para motores de petróleo y gas, requisitos de la sociedad de clasificación marina para alta mar/marina). La certificación ISO 9001 de las instalaciones de fabricación debe ser un requisito básico para toda adquisición de convertidores de MT.
• Red de servicios del fabricante y disponibilidad de repuestos: Confirme que el fabricante tenga ingenieros de servicio calificados disponibles dentro de un tiempo de respuesta comercialmente aceptable para la ubicación de sus instalaciones. Identifique los repuestos críticos (celdas de energía, placas de accionamiento de puerta, procesadores de control) y confirme que estén disponibles en stock o con un plazo de entrega aceptable. Para ubicaciones remotas o internacionales, un acuerdo local de tenencia de repuestos con el fabricante o un socio de servicio calificado reduce el riesgo de un tiempo de inactividad prolongado después de una falla de un componente.