La distorsión armónica en variadores de velocidad puede causar fallas, sobrecalentamiento y sanciones normativas costosas. Calcular y filtrar armónicos según IEEE 519 e IEC es esencial para la confiabilidad eléctrica.
La conversión armónica implica analizar, dimensionar y seleccionar filtros para cumplir límites normativos. Aquí aprenderás a calcular, seleccionar y validar filtros de armónicos para variadores según IEEE 519 e IEC.
Calculadora con inteligencia artificial (IA) – Calculadora del filtro de armónicos para el variador – IEEE 519, IEC
- ¡Hola! ¿En qué cálculo, conversión o pregunta puedo ayudarte?
- Calcular el filtro de armónicos necesario para un variador de 75 kW, 400 V, 6 pulsos, THDi objetivo 8%.
- ¿Qué filtro necesito para un variador de 250 kW, 480 V, con un límite IEEE 519 de 5% THDi?
- Dimensionar filtro de armónicos para un variador de 55 kW, 380 V, 12 pulsos, cumpliendo IEC 61000-2-4.
- ¿Qué tipo de filtro y parámetros necesito para un variador de 110 kW, 400 V, con THDi máximo 10%?
Tablas de valores comunes para la Calculadora del filtro de armónicos para el variador – IEEE 519, IEC
| Potencia del Variador (kW) | Tensión (V) | Configuración de Pulsos | THDi sin Filtro (%) | THDi con Filtro de Línea (%) | THDi con Filtro Activo (%) | Filtro Recomendado | Norma Aplicable |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 11 | 400 | 6 | 38 | 25 | 5 | Filtro de línea pasivo | IEEE 519 |
| 22 | 400 | 6 | 36 | 22 | 4 | Filtro activo | IEEE 519 |
| 45 | 480 | 12 | 18 | 10 | 3 | Filtro pasivo de 12 pulsos | IEC 61000-2-4 |
| 75 | 400 | 6 | 35 | 20 | 4 | Filtro activo | IEEE 519 |
| 110 | 400 | 6 | 33 | 18 | 3 | Filtro activo | IEEE 519 |
| 160 | 480 | 12 | 15 | 8 | 2 | Filtro pasivo de 12 pulsos | IEC 61000-2-4 |
| 250 | 480 | 6 | 32 | 16 | 3 | Filtro activo | IEEE 519 |
| 315 | 400 | 12 | 14 | 7 | 2 | Filtro pasivo de 12 pulsos | IEC 61000-2-4 |
| 400 | 690 | 18 | 10 | 5 | 1 | Filtro pasivo de 18 pulsos | IEEE 519 |
La tabla anterior resume valores típicos de distorsión armónica (THDi) en variadores de frecuencia, antes y después de aplicar diferentes tipos de filtros, y su correspondencia con las normativas IEEE 519 e IEC 61000-2-4.
Fórmulas para la Calculadora del filtro de armónicos para el variador – IEEE 519, IEC
El cálculo de filtros de armónicos para variadores requiere comprender las fórmulas fundamentales que rigen la generación y mitigación de armónicos. A continuación se presentan las fórmulas clave, explicando cada variable y sus valores típicos.
THDi = 100 × sqrt( (I₂² + I₃² + … + Iₙ²) / I₁² )
- THDi: Distorsión armónica total de corriente (%).
- I₁: Corriente fundamental (A).
- I₂, I₃, …, Iₙ: Corrientes de los armónicos de orden 2, 3, …, n (A).
Iₙ = I₁ × (1 / n)
- Iₙ: Corriente del armónico de orden n (A).
- I₁: Corriente fundamental (A).
- n: Orden del armónico (3, 5, 7, 11, 13, …).
Ih / IL ≤ Límite
- Ih: Corriente de armónico de orden h (A).
- IL: Corriente de carga máxima (A).
- Límite: Según tabla 10.3 de IEEE 519 (por ejemplo, 8% para h < 11).
fres = 1 / (2π × sqrt(L × C))
- fres: Frecuencia de resonancia del filtro (Hz).
- L: Inductancia del filtro (H).
- C: Capacitancia del filtro (F).
L = (Vrms × %Z) / (2π × f × Irms)
- L: Inductancia de línea (H).
- Vrms: Tensión RMS de línea (V).
- %Z: Porcentaje de impedancia deseada (típicamente 3% a 5%).
- f: Frecuencia de red (Hz).
- Irms: Corriente RMS de línea (A).
Valores comunes de variables:
- THDi sin filtro: 30% a 45% (variadores de 6 pulsos).
- THDi con filtro pasivo: 8% a 15%.
- THDi con filtro activo: 2% a 5%.
- Inductancia de línea: 3% a 5% de la impedancia de la carga.
- Frecuencia de red: 50 Hz o 60 Hz.
- Normas: IEEE 519 (THDi ≤ 8% para h < 11), IEC 61000-2-4 (clase 1: THDi ≤ 5%).
Ejemplos del mundo real: Aplicación de la Calculadora del filtro de armónicos para el variador – IEEE 519, IEC
Ejemplo 1: Filtro para variador de 75 kW, 400 V, 6 pulsos, cumpliendo IEEE 519
Un ingeniero debe instalar un variador de 75 kW, 400 V, 6 pulsos en una planta industrial. El THDi sin filtro es 35%. La normativa IEEE 519 exige THDi ≤ 8% para armónicos de orden menor a 11.
- Datos:
- Potencia: 75 kW
- Tensión: 400 V
- Corriente nominal: I = 75,000 W / (√3 × 400 V × 0.95) ≈ 114 A
- THDi sin filtro: 35%
- THDi objetivo: ≤ 8%
Solución:
- Se selecciona un filtro activo, ya que los filtros pasivos típicamente reducen el THDi a 8-12% y el objetivo es ≤ 8%.
- El filtro activo debe dimensionarse para compensar al menos el 80% de la corriente armónica.
- Corriente armónica total: Ih = 114 A × 35% = 39.9 A
- Corriente armónica permitida: Ih,perm = 114 A × 8% = 9.1 A
- El filtro debe compensar: 39.9 A – 9.1 A = 30.8 A
- Se selecciona un filtro activo de 35 A nominal.
Resultado: El variador cumple IEEE 519, el THDi se reduce a 7%, y se evitan penalizaciones y sobrecalentamientos.
Ejemplo 2: Filtro pasivo para variador de 250 kW, 480 V, 6 pulsos, cumpliendo IEC 61000-2-4
En una planta de alimentos, se instala un variador de 250 kW, 480 V, 6 pulsos. El THDi sin filtro es 32%. La norma IEC 61000-2-4 clase 2 exige THDi ≤ 8%.
- Datos:
- Potencia: 250 kW
- Tensión: 480 V
- Corriente nominal: I = 250,000 W / (√3 × 480 V × 0.95) ≈ 317 A
- THDi sin filtro: 32%
- THDi objetivo: ≤ 8%
Solución:
- Se opta por un filtro pasivo de 12 pulsos, que reduce el THDi a 7-10%.
- Corriente armónica total: Ih = 317 A × 32% = 101.4 A
- Corriente armónica permitida: Ih,perm = 317 A × 8% = 25.4 A
- El filtro de 12 pulsos reduce el THDi a 8%, cumpliendo la norma.
- Si se requiere menor THDi, se puede agregar un filtro activo de 30 A para llegar a 5%.
Resultado: El sistema cumple IEC 61000-2-4, se evitan problemas de calidad de energía y se protege la infraestructura.
Normativas y criterios de selección de filtros de armónicos
La selección de filtros de armónicos para variadores debe basarse en las normativas internacionales y en el análisis de la carga y la red. Las principales normas son:
- IEEE 519-2014: Establece límites de distorsión armónica para sistemas eléctricos industriales y comerciales.
- IEC 61000-2-4: Define límites de calidad de energía para instalaciones industriales.
Los criterios de selección incluyen:
- Potencia y tensión del variador.
- Configuración de pulsos (6, 12, 18 pulsos).
- THDi inicial y objetivo.
- Tipo de filtro (pasivo, activo, híbrido).
- Condiciones de la red y sensibilidad de la carga.
Recomendaciones prácticas para la implementación de filtros de armónicos
- Realizar un estudio de calidad de energía previo a la selección del filtro.
- Verificar la compatibilidad del filtro con el variador y la red.
- Dimensionar el filtro considerando el crecimiento futuro de la carga.
- Monitorear periódicamente el THDi y el desempeño del filtro.
- Consultar siempre las tablas y límites de las normas IEEE 519 e IEC 61000-2-4.
La correcta selección y dimensionamiento de filtros de armónicos garantiza la confiabilidad, eficiencia y cumplimiento normativo en instalaciones con variadores de velocidad.
Recursos adicionales y enlaces de interés
- Schneider Electric – Harmonic Mitigation for Variable Speed Drives
- Eaton – Active Harmonic Filters
- ABB Harmonic Calculator
- TDK – Harmonic Filters for Frequency Converters
El uso de la calculadora del filtro de armónicos para el variador – IEEE 519, IEC, junto con el conocimiento normativo y técnico, es clave para la excelencia en la ingeniería eléctrica moderna.