¿Cuál es la longitud de cable permitida entre el convertidor de frecuencia y el motor?

Introducción

En las aplicaciones industriales modernas, el control preciso de la velocidad y el par del motor es crucial para la eficiencia y la productividad. El uso de convertidores de frecuencia, también conocidos como variadores de frecuencia (VFD) o variadores de velocidadse ha generalizado con este fin. Una consideración importante a la hora de implantar un convertidor de frecuencia es la distancia entre el convertidor de frecuencia y el motor. En este artículo se analizan los factores que determinan la longitud de cable admisible entre estos dos componentes y sus implicaciones en diversos entornos industriales.

Definición de Distancia entre Variador de frecuencia y Motor

La distancia entre los convertidor de frecuencia y el motor se refiere a la longitud del cable que conecta estos dos dispositivos. Esta distancia puede afectar significativamente al rendimiento y la fiabilidad del sistema de control del motor.La distancia entre el convertidor de frecuencia y el motor pueden clasificarse en tres categorías:

1. Corta distancia:Distancia ≤ 20m
2. Media distancia:Distancia > 20 m y ≤ 100 m
3. Larga distancia:Distancia > 100 m

Ocasiones de uso industrial

1. Corta distancia

Para distancias cortas (≤ 20m), el convertidor de frecuencia y el motor pueden conectarse directamente sin consideraciones adicionales. Esta sencilla configuración minimiza los posibles problemas causados por armónicos y EMI, garantizando un funcionamiento estable.

2. Media distancia

Para distancias medias (> 20m y ≤ 100m), el convertidor de frecuencia y el motor puede seguir conectándose directamente. Sin embargo, es necesario ajustar la frecuencia portadora del variador para reducir los armónicos y las interferencias. Un ajuste adecuado de la frecuencia portadora ayuda a mantener la estabilidad y el rendimiento del sistema en estas distancias prolongadas.

3. Larga distancia

Para distancias largas (> 100 m), la conexión directa entre el convertidor de frecuencia y el motor requiere medidas adicionales. Además de ajustar la frecuencia portadora del convertidor, es esencial instalar reactancias de CA de salida. Estas reactancias ayudan a mitigar los efectos de los tendidos de cables largos suavizando los picos de tensión y reduciendo la distorsión armónica, protegiendo el motor de posibles daños.

Situación de la selección en fábricas altamente automatizadas

Las fábricas altamente automatizadas, como las de los sectores de la automoción, los semiconductores y la electrónica, dependen en gran medida de un control preciso de los motores y de tiempos de respuesta rápidos. En estos entornos, la longitud del cable entre el convertidor de frecuencia y el motor deben gestionarse cuidadosamente para garantizar un rendimiento óptimo.

1. Corta distancia

Si el convertidor de frecuencia se instala en la sala de control central, la consola de control y el inversor pueden conectarse directamente mediante señales de tensión de 0-5V o 0-10V y algunas señales de conmutación. Sin embargo, las señales de conmutación de alta frecuencia del inversor pueden causar interferencias electromagnéticas con las señales de control de baja potencia. Por ello, puede ser preferible no colocar el inversor directamente dentro de la sala de control para evitar el desorden y las posibles interferencias.

2. Media distancia

Para distancias medias entre convertidor de frecuencia y la sala de control central, se puede utilizar una señal de corriente de 4-20 mA y algunas señales de conmutación para las conexiones de control. Si la distancia es aún mayor, puede emplearse la comunicación serie RS485 para una conectividad fiable.

3. Larga distancia

Cuando la distancia entre convertidor de frecuencia y la sala de control central supera los 100 m, los relés intermedios de comunicación pueden ampliar el alcance hasta 1 km. Para distancias superiores a este alcance, son necesarios conectores de fibra óptica, que permiten conexiones de hasta 23 km. Estos métodos garantizan una transmisión de señales robusta y sin interferencias a largas distancias.

Los siguientes factores son especialmente importantes para garantizar un rendimiento óptimo:

1. Calidad y especificaciones del cable

La selección de cables de alta calidad con las especificaciones adecuadas, como baja capacitancia y apantallamiento adecuado, ayuda a reducir la degradación de la señal y las interferencias electromagnéticas. Esto es especialmente importante en entornos altamente automatizados en los que numerosos VFD y motores funcionan muy cerca unos de otros.

2. Uso de reactores y filtros de salida

Pueden emplearse reactancias y filtros de salida para mitigar los efectos de los largos tendidos de cable. Estos dispositivos ayudan a suavizar los picos de tensión, reducir la distorsión armónica y proteger el motor de posibles daños causados por las ondas reflejadas.

3. Cumplimiento de las directrices del fabricante

Fabricantes de convertidores de frecuencia y motores suelen proporcionar directrices sobre la longitud máxima de cable admisible para sus equipos. El cumplimiento de estas recomendaciones garantiza que el sistema funcione dentro de unos parámetros seguros y eficientes, minimizando el riesgo de averías y tiempos de inactividad.

4. Aplicación de estrategias de control avanzadas

En las fábricas altamente automatizadas, pueden utilizarse estrategias de control avanzadas, como el control orientado al campo (FOC) o el control de par directo (DTC), para mejorar el rendimiento del motor en distancias de cable más largas. Estas técnicas ofrecen una mayor precisión y capacidad de respuesta, compensando los posibles retrasos y pérdidas de señal.

 

Modelado de cables mediante elementos pi

Conclusión

La longitud de cable admisible entre un convertidor de frecuencia y un motor es un factor crítico en el diseño e implementación de los sistemas de control de motores. Si se comprenden las variables que influyen en esta distancia y se seleccionan los cables y medidas de protección adecuados, las operaciones industriales pueden lograr un rendimiento fiable y eficiente. En las fábricas altamente automatizadas, donde la precisión y la capacidad de respuesta son primordiales, la planificación cuidadosa y el cumplimiento de las mejores prácticas son esenciales para mantener una funcionalidad óptima del sistema.