Chuck Yung
Especialista Sénior de Soporte Técnico
Solía bromear con que si mencionas la palabra armónicos, los ingenieros se emocionan mientras que los ojos de los que no lo son se nublan. La verdad es que los armónicos se pueden entender fácilmente cuando se explican en términos sencillos. Estos son simplemente múltiplos de la frecuencia fundamental, con secuencia positiva, cero o negativa. La frecuencia fundamental es la frecuencia de línea, también llamada armónico de primer orden, que es de 60 Hz en América del Norte o de 50 Hz en la mayor parte del resto del mundo.
Otros armónicos (quinto, séptimo, etc.) se pueden ver como ese orden multiplicado por la frecuencia fundamental, o visualizarse como si tuvieran ese número de formas de onda en la misma distancia que una sola forma de onda de la frecuencia fundamental. Entonces, en un sistema de 60 Hz, el quinto armónico es 5x60 o 300 Hz. Habrá 5 formas de onda completas en el lapso de una sola forma de onda de 60 Hz. Cuando las porciones positiva y negativa de la onda sinusoidal son simétricas, los armónicos de números pares no existen.
Cualquier armónico que sea múltiplo de tres, en el mundo trifásico, es un armónico de secuencia cero; y, cuando estamos considerando un sistema de potencia sinusoidal, se cancela (a excepción de los alternadores síncronos, que están fuera del alcance de esta discusión).
Si necesita un repaso matemático, existen varios programas en línea que le permiten combinar diferentes ondas de frecuencia con forma sinusoidal, para que pueda ver qué sucede cuando se combinan diferentes frecuencias. Uno de estos programas fue usado para generar las formas de onda combinadas de la Figura 1. El primer armónico (Figura 1-A) es lo que hace que un motor eléctrico gire. Los armónicos de secuencia positiva, distintos del primer armónico, distorsionan la onda sinusoidal pero actúan para hacer girar el rotor en la rotación deseada (Tabla 1). Los armónicos de secuencia negativa distorsionan la onda sinusoidal pero también giran en la dirección opuesta a la rotación del rotor. Es decir, estos le roban al motor el torque y pueden causar un calentamiento significativo del rotor.
Hay ciertos pasos de bobina usados en motores de dos polos que dan como resultado armónicos espaciales de ranura excesivos (vea Currents, enero de 2004). Pero una preocupación mayor en la actualidad es el efecto de los armónicos en los motores que funcionan con un variador de frecuencia electrónico (VFD, por sus siglas en inglés). Específicamente, cuando la superficie del núcleo del rotor se vuelve azul debido al calentamiento, eso generalmente se debe a armónicos de secuencia negativa, como se aprecia en la Figura 2.
Las pérdidas por corrientes de Foucault varían con la frecuencia elevada a 1,5 (algunos dicen que es la frecuencia al cuadrado). Considere que un rotor está diseñado para "ver" la frecuencia de línea únicamente en el momento del arranque y que la frecuencia del rotor disminuye en proporción al deslizamiento. A la mitad de la velocidad, la frecuencia del rotor es la mitad de la frecuencia de línea, y cuando el motor alcanza la velocidad de funcionamiento, la frecuencia del rotor es de solo de uno o dos Hz. Cuando un variador introduce un quinto armónico, el rotor “ve” la secuencia negativa como cinco veces la frecuencia de línea o 300 Hz en los países de 60 Hz y 250 Hz en el resto del mundo. Considerando que:
(300 Hz secuencia negativa / 2 Hz frecuencia de deslizamiento) ^1.5 = 1837
O para el mundo de los 50 Hz:
(250 Hz / 2 Hz) ^1.5 = 1397
Si el quinto armónico era de la misma magnitud que la frecuencia fundamental, el rotor experimentaría un calentamiento superficial por corrientes de Foucault de aproximadamente 1800 veces (1400) en comparación con el funcionamiento normal con potencia sinusoidal. Si la magnitud del quinto armónico fuera el 10% del fundamental, entonces el calentamiento del rotor podría ser 180 veces mayor.
La conclusión es que un núcleo de rotor azulado debe generar una conversación con el cliente sobre la instalación de un filtro para armónicos o un reactor de carga entre el motor y el variador. Esto ofrece la oportunidad de reducir los fallos del motor, mejorar la eficiencia y aumentar la confiabilidad. Nota: Hay algunos casos en los que el calentamiento rápido y el tratamiento térmico forman parte del proceso de fabricación, por lo que un rotor azulado no siempre es indicativo de un armónico de secuencia negativa.
DISPONIBLE EN INGLÉS
Related Reference and Training Materials
Print