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Esta presentación explica las prácticas de instalación recomendadas para convertidores de frecuencia de CA. Dichas prácticas e instrucciones pueden emplearse con cualquier tipo de convertidor de CA, ya que no son específicas para ningún producto. Para conocer estos procedimientos en detalle, consulte el manual del usuario o de hardware para el producto en cuestión.
Se cubren las siguientes materias:
•Requisitos de instalación idóneos generales
•Consideraciones sobre el lugar de instalación mecánica y eléctrica
•Listas de comprobación de la instalación
Se expondrá información muy general sobre la configuración eléctrica. Para conocer detalles más específicos sobre el cableado de alimentación, salida y control, consulte los manuales correspondientes.
Los manuales del convertidor incluyen las instrucciones de seguridad que debe seguir a la hora de instalar, utilizar y mantener el convertidor. Su incumplimiento puede ser causa de lesiones físicas y muerte o puede dañar el convertidor de frecuencia, el motor o la
maquinaria accionada. Es importante leer estas instrucciones antes de iniciar cualquier trabajo en el equipo.
Por ejemplo, no intente trabajar con el convertidor, el cable de motor o el motor con la alimentación principal conectada. Tras desconectar la alimentación de entrada, espere siempre 10 minutos a que se descarguen los condensadores del circuito intermedio y realice una medición para asegurarse de que no hay tensión presente antes de comenzar.
Las normas de seguridad relacionadas con la instalación se indican en la presentación específica del producto. En general, la normativa local es la que prevalece en última instancia.
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Los convertidores de frecuencia disponen de ciertos valores definidos para los siguientes factores:
•Altitud máxima
•Humedad relativa
•Temperatura mínima y máxima
•Temperatura del aire prevista
Si los convertidores funcionan en condiciones en las que se superan estos límites, es preciso un derrateo conforme al manual de usuario. Alternativamente, puede
“sobredimensionarse” el convertidor de frecuencia. Además debe tenerse en cuenta la dirección del flujo de aire durante la instalación.
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Las normas definen las clases de protección de determinados códigos de tipo. Algunas de las organizaciones de normalización más importantes en este ámbito son NEMA, UL e IEC.
Estos son algunos de los tipos de armarios que ABB ofrece. Los códigos de tipo representan el tipo de protección que un armario de convertidor proporciona contra partículas sólidas, polvo o agua. Existen algunos problemas a la hora de realizar una instalación en exterior. Por ejemplo, la luz solar deteriora los plásticos. Además, la
variación de la cantidad de luz causa rápidas fluctuaciones de temperatura. El flujo de aire caliente debe ser dirigido adecuadamente. Los cambios rápidos de temperatura también pueden causar condensación en el interior del convertidor de frecuencia.
Estos son algunos ejemplos de distintos tipos de envolvente.
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El montaje en brida es una forma de mantener la integridad del diseño del armario al tiempo que permite que la mayor parte del calor se disipe por el lado posterior del armario.
En muchos casos la sección de control puede montarse en el interior del armario sin necesidad de ventilación. Los kits de montaje en brida incluyen plantillas de corte y perforación e instrucciones de aislamiento para su uso con la mayoría de los armarios ABB.
La superficie de instalación debe estar limpia y seca y ser lo bastante resistente como para sostener el peso del convertidor, además de no ser inflamable. No se recomienda la instalación sobre madera contrachapada, tabiques de yeso o paredes con papel pintado.
En su lugar, utilice paredes de hormigón, montantes de acero o armarios con fondo de metal.
Tenga en cuenta que si se coloca el convertidor de frecuencia en el interior de un armario, debe asegurarse que la temperatura en la entrada de aire de refrigeración y en torno al convertidor de frecuencia se mantiene dentro de los límites permitidos en todo momento.
Si desea medir la temperatura en el interior del armario, sitúe la sonda en la entrada de aire de refrigeración del convertidor. El aire expulsado debe ser desviado de otros convertidores que pueda haber instalados encima.
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La meta última de la separación y orientación del convertidor es permitir que éste disipe el calor que genera de manera efectiva (vatios). Dejar más espacio en torno al convertidor incrementa el flujo de aire, lo que a su vez aumenta el efecto de refrigeración. Incluso si un convertidor está montado sobre su parte posterior, el calor ascenderá verticalmente y afectará a la refrigeración de la tarjeta de control (normalmente la tarjeta situada más arriba en un convertidor de frecuencia). En el caso de instalaciones especiales siempre deberá consultarse a ABB.
Los convertidores de frecuencia ABB pueden resistir niveles normales de vibraciones y golpes. Las cifras exactas se encuentran en el apartado Datos técnicos del manual de usuario o bien en el manual de hardware. La Certificación sísmica es esencial para los convertidores comercializados en áreas proclives a los movimientos sísmicos en las que dicha certificación es obligatoria. Contacte con ABB para determinar los posibles requisitos y normas locales para distintas zonas del mundo.
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El convertidor debe ser compatible con el valor de tensión de la red. En general se recomienda utilizar fusibles de protección. Es posible emplear interruptores automáticos con algunos tipos de convertidor. Si fuera preciso, pueden ser instalados en serie junto con los fusibles de protección recomendados contra desconexiones y sobrecargas.
Extraiga los condensadores de factor de potencia antes de poner en marcha el
convertidor. Si es necesario conservar los condensadores de factor de potencia, consulte al fabricante de éstos para encontrar un equipo de desintonización de reactancia
adecuado. Puede producirse un efecto de oscilación entre la alimentación del convertidor y los condensadores; el convertidor puede dispararse debido a la sobretensión causada por las tensiones transitorias del condensador. Además, los armónicos de intensidad del convertidor entre las inductancias del sistema y los condensadores aumentan,
sobrecalentando las baterías de condensadores.
Un TVSS es un dispositivo externo adicional que se basa en los picos de tensión
experimentados normalmente por el convertidor (rayos, etc.). Los MOV están incluidos en la sección de potencia del condensador y pueden soportar un cierto límite de picos de tensión (predeterminado).
Se ha determinado que una red de alimentación en configuración de estrella y con
conexión a tierra es adecuada. Por lo tanto habrá una conexión de alimentación de cuatro hilos. El conducto no proporciona una conexión a tierra sólida a menos que esté
perfectamente unido a lo largo de toda su trayectoria. El tamaño mínimo de conductor se indica en el manual del usuario y la normativa local.
Los conductores paralelos deben tener la misma longitud para que la impedancia sea igual, con todos los grupos trifásicos unidos. Todos los cables de alimentación deben recorrer el mismo conducto o canalización. Véase el manual de hardware o del usuario para conocer los valores de par de apriete adecuados.
En el caso de largas distancias, el tamaño del cable ha de ser mayor para reducir la caída de tensión. También puede ser necesario emplear cables de mayor tamaño debido a un
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Existe una tensión de modo común que varía rápidamente entre la salida del convertidor y la tierra. El cable de motor y los bobinados del motor que conducen la tensión de modo común también incluyen capacitancia a tierra. La combinación de tensión de modo común y capacitancia a tierra provoca la inyección de intensidades de alta frecuencia en el cable y la tierra del motor. Si dichas intensidades inyectadas terminan en el sistema de tierra del edificio, pueden causar problemas en los dispositivos electrónicos sensibles que
comparten la misma tierra. Por este motivo es muy importante que las intensidades de alta frecuencia retornen al convertidor de CA a través de la trayectoria de tierra del cable de motor.
Para obtener los mejores resultados al utilizar un conducto, la salida de cada convertidor debe recorrer un conducto separado. Si no es factible utilizar conductos separados, al menos las salidas de convertidor cuya diferencia sea mayor que una relación de potencia de 10 (potencia de motor más grande/potencia de motor más pequeña > 10) deben emplear conductos separados. Tenga también en cuenta que si se utilizan conductos de salida comunes, puede ser necesario desconectar la protección contra defecto a tierra de los convertidores para evitar que éstos experimenten defectos a tierra falsos.
Todas las armaduras y pantallas de cable o conductores de acero de los cables de
alimentación deben estar conectados a tierra en ambos extremos. Esto debe hacerse de forma que se establezca una continuidad eléctrica constante de 360 grados en torno a la periferia de la armadura, pantalla o conducto. Se requiere una unión firme para asegurar que existe una trayectoria de baja impedancia para las intensidades de retorno de tierra de alta frecuencia. Este paso es esencial para establecer una instalación que minimice la probabilidad de experimentar interferencias debidas a ruido eléctrico proveniente del convertidor de CA. Es, asimismo, muy importante para minimizar la aparición de daños en los cojinetes del motor debido a la intensidad de alta frecuencia.
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Los convertidores importados en la Unión Europea deben cumplir las normas sobre EMC.
La compatibilidad electromagnética depende de la aplicación (lugar de instalación). Las normas EMC incluyen también dos niveles de competencia de la instalación del cliente:
“Distribución no restringida” y “Distribución restringida”. Dichos niveles se explican en la guía técnica indicada arriba. El usuario final debe instalar el convertidor de acuerdo con el manual; de lo contrario, la instalación no será válida. Consulte la publicación de ABB
“Technical Guide No. 3, EMC Compliant Installation and Configuration for a Power Drive System” (Guía técnica n.º 3, instalación y configuración de un sistema de convertidor de frecuencia compatible con EMC).
Si los cables de potencia o de control se cruzan entre sí 90°, se minimizan los efectos de acoplamiento o tensión inducida.
Los efectos de tensión inducida o acoplamiento entre los cables de control y de potencia de entrada no son tan graves como los que se producen entre los cables de control y de potencia de salida. Una señal de potencia de entrada de tensión constante de 50/60 Hz requiere una separación menor de la señal de control que una señal de potencia de salida, con anchura de pulso modulada a una frecuencia de alta velocidad. En el interior del
armario del convertidor, los cables de control deben estar fijados permanentemente para mantener una separación mínima de 6 mm (¼”) con respecto al cableado de potencia.
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Es posible inducir intensidades en la señal de control de baja tensión/intensidad (0-10 V CC o 0-20 mA) que causen interferencias.
La separación mínima recomendada entre el cableado de control y de potencia es de 20 cm (8 in). Esta separación recomendada es especialmente importante si existen largos recorridos paralelos de cables de potencia y de control. Si, debido a restricciones físicas, no es posible mantener esta separación mínima, entonces el cableado de potencia y de control debe disponerse de modo que se crucen entre sí perpendicularmente (formando un ángulo de 90º).
Nunca conecte a tierra la pantalla de un cable de control en el lado del convertidor y en el de la fuente de control. Pueden producirse problemas de bucle de tierra debido a que las mismas diferencias descritas en el potencial de tierra también pueden producir un flujo de intensidad en cualquier conductor que enlace los distintos potenciales de tierra. Esto
puede afectar directamente a las señales de intensidad (por ejemplo, las salidas de sensor de 4-20 mA) o bien inducir ruido indirectamente en las señales de tensión (por ejemplo, las salidas de sensor de 0–10 V CC).
El cable de control de 120/230 V CA debe utilizar un conductor simple de 600 V CA
nominales o cable multiconductor para bandeja portacables. Los cables de control de 24 V CC deben ser cables trenzados multiconductor. Se recomienda emplear un
apantallamiento completo.
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Otras prácticas para minimizar los bucles de tierra:
• Si es posible, las señales de control deben flotar con respecto al plano de tierra local. Por lo tanto, si son alimentadas por una fuente de alimentación local, la salida de la
alimentación no debe estar conectada a tierra. Siempre que sea posible, los dispositivos deberán ser alimentados desde la salida de alimentación auxiliar de 24 V CC del
convertidor.
• Utilice cables de par trenzado multiconductor con pantallas individuales (por ejemplo, Belden tipo 9318, 9369, 9369, etc. o equivalente)
• Cuando sea factible, los sensores deben instalarse de modo que su carcasa esté aislada de la tierra. Esto ayuda a reducir el acoplamiento capacitivo a tierra.
• La pantalla del cable de control asociado con el sensor solo debe estar conectada en el lado del convertidor. No debe conectarse en el lado de la fuente del sensor.
• Si las señales de control deben estar conectadas a tierra en su fuente, puede ser
necesario incluir un módulo de aislamiento de la señal exactamente delante de la entrada analógica del convertidor. Debe tenerse en cuenta con antelación la separación y la disposición de montaje.
Trence los conductores de tierra entre sí en cada par del cable de señales analógicas y pele el aislamiento exterior del cable 360º.
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Si el control por bus de campo está integrado en un convertidor (por ejemplo, RS-485 Modbus), asegúrese de que las conexiones incluyan una trayectoria de transmisión, recepción, tierra de comunicación y pantalla (A, B, GND, pantalla). Pueden producirse tensiones parásitas que causen interferencias en la señal de comunicación del bus de campo si no se ha realizado un apantallamiento correcto. Las pantallas de convertidor a convertidor (con conexión en estrella) no deben conectarse entre sí se emplean “puentes de terminación” o conmutadores (esto es aplicable a algunos protocolos de comunicación).
En algunos casos, el fabricante del dispositivo de comunicación recomienda conectar todas las pantallas entre sí de manera continua, sin conectarlas a los terminales del
convertidor. Esto asegura que la red de comunicación esté en el mismo plano de tierra que todos los convertidores.
Consulte siempre al fabricante del dispositivo de comunicación para obtener recomendaciones sobre la pantalla y la conexión a tierra.
Cualquier cable de motor puede actuar como un condensador. Un cable de gran longitud puede provocar un “acoplamiento capacitivo” y llevar a lecturas de intensidad erróneas al convertidor: el convertidor cree que el motor está extrayendo más intensidad de la real.
Compruebe cuál es la longitud adecuada del cable en los manuales del convertidor.
Reducir la frecuencia de conmutación de la alimentación permite utilizar cables de motor más largos, pero es preciso derratear el motor debido a la caída de la eficiencia. Las reactancias de salida o los filtros ayudan, pero su uso provoca una caída de tensión, suministrando en consecuencia menos tensión en los terminales del motor.
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Aunque algunos manuales de convertidores (como el Manual de Hardware del ACS800- 17, página 137) indican una longitud de cable máxima de 100 m (328 ft), esto no guarda relación con un problema más serio: la resistencia del aislamiento del bobinado del motor (reflexión de tensión). La reflexión de tensión es un problema aparte que afecta al motor en sí.
La oscilación de los picos de tensión y du/dt puede tener lugar con determinadas longitudes de cable. Compare la longitud con la indicada en el manual. Con cables de longitud muy corta, puede producirse un du/dt extremadamente alto (alta tensión durante los primeros giros de los bobinados). Si el motor no ha sido diseñado para resistir estas tensiones, pueden producirse daños. En un motor estándar puede utilizarse un filtro du/dt para reducir este efecto. Si hay alguna duda con respecto a la longitud del cable, puede consultarse a ABB para determinar el tiempo de flanco de tensión del convertidor en cuestión. A continuación puede contactarse con el fabricante del motor con esa
información para determinar si el motor puede resistir la especificación du/dt indicada.
La lista de verificación de la instalación repasa los procedimientos descritos en este
módulo de formación. Resume las instrucciones que deben seguirse durante la instalación de un convertidor de frecuencia. Utilice las listas de verificación y las instrucciones de los manuales de hardware, de firmware y de opciones específicos del convertidor.
Este es un resumen de esta presentación.
Gracias su atención.
