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Nueva generación
de convertidores
de Frecuencia en
Media Tensión

Desde un 40% y hasta un 70% de la energía que habitualmente usa un motor eléctrico podría ahorrarse con el uso de estos equipos diseñados para regular la velocidad en máquinas de inducción y sincrónicas de alta potencia. Sin embargo, los todavía escasos incentivos en Eficiencia Energética y el que sean fuentes generadoras de perturbaciones eléctricas han limitado su uso en la industria. Hoy, esto está por cambiar.

De acuerdo a los expertos, se estima que para el 2020 el consumo mundial de electricidad superará los 25 mil billones de kilowatts. Chile no es ajeno a esta realidad con un aumento vertiginoso de la demanda de energía en los últimos años y donde la minería tiene un lugar destacado con el 32% del consumo. A la fecha, menos de un 5% de los motores presentes en la industria son utilizados bajo el régimen de velocidad variable controlados a través de un accionamiento eléctrico, pese a las grandes oportunidades de ahorro energético (entre 40% y 70%) que ofrece la aplicación de esta tecnología.

La escasez de incentivos para el ahorro de energía en la industria, así como el que sean generadores de perturbaciones eléctricas, como es la contaminación armónica, son algunos de los motivos por que aún no se han masificado. Sin embargo, esta situación está por cambiar y muy pronto las innovaciones realizadas en el campo de los accionamientos revolucionará el mundo de la electrónica de potencia.

En sus primeros desarrollos, los variadores de frecuencia eran equipos "fuente corriente", utilizaban rectificadores controlados que regulaban el voltaje en la etapa rectificadora y la frecuencia en el inversor. Con el paso de los años, se descubrió que era posible regular tanto el voltaje como la frecuencia en el inversor, utilizando un rectificador pasivo y capacitores en un circuito intermedio y nacieron los "fuente voltaje", los que predominan hasta hoy en Baja Tensión por su mayor simplicidad y desempeño.


El dilema de la Media Tensión

Sin embargo, en el uso en Media Tensión, las necesidades eran más exigentes y se requerían equipos que generaran formas de onda de salida de mayor calidad. Esto porque los márgenes térmicos y de aislación son considerablemente menores que en Baja Tensión, todo esto sin comprometer la eficiencia y confiabilidad del sistema.

A partir de esta necesidad, ha surgido un nuevo tipo de accionamiento de Media Tensión basado en la topología multinivel ANPC – 5L. Se trata de una tecnología tipo fuente de voltaje (VSI), capaz de generar una alta calidad en la forma de onda hacia el motor, sin necesidad de un transformador de aislación de múltiples secundarios como es el caso de sus antecesores.

Gracias a sus compactas dimensiones y alta calidad de forma de onda de salida, puede ser aplicado para controlar motores de inducción estándar, conectándolo directamente a una red de alimentación de 4,16–6,9 kV. Como alternativa, puede emplearse un transformador de aislación, lo que permite utilizar tensiones de alimentación de red flexible y para agregar la protección adicional a las sobretensiones transitorias en la red de alimentación a través de la pantalla electroestática entre primario y secundario. Sin embargo, la gran ventaja es que no se requiere un transformador especial de múltiples devanados si se utiliza en conjunto con un rectificador activo.

Entre sus principales características están: posibilidad de uso con o sin transformador de aislamiento de entrada; conexión directa a red; múltiples niveles de voltaje para minimizar los armónicos y control del factor de potencia; alta confiabilidad y bajos costos de mantenimiento; y control preciso y fiable del proceso con control directo del torque (DTC).

En este sentido, estos equipos poseen las ventajas de los inversores de fuentes de tensión (VSI), pero disminuyendo costos y espacios al no requerir de un transformador de aislación. Además, incluye excelente disponibilidad, alto factor de potencia y control dinámico excepcional. Con estos nuevos avances en la tecnología de los accionamientos, el problema de la contaminación armónica que generaban estos equipos disminuye en gran medida. A esto se suma, el control preciso de la velocidad que ejercen en los motores eléctricos redundando en mayor eficiencia y, por ende, ahorro de energía.

Estamos en medio de la revolución de la electrónica de potencia y los convertidores de frecuencia son los actores principales, en la medida de que la industria tome conciencia de sus beneficios económicos y medioambientales. Con la simplicidad y menor costo de los equipos actuales, está claro que serán ampliamente utilizados para controlar en forma precisa las variables de proceso. Prácticamente todas las aplicaciones en la industria requieren algún tipo de control.

Desde el 2002, Chile es parte del Protocolo de Kyoto que busca reducir en un 5,2% de las emisiones de gases de efecto invernadero globales sobre los niveles de 1990 para el período 2008-2012, objetivo que de acuerdo a la opinión de expertos sólo podría alcanzarse si los países incorporan en forma masiva accionamientos de baja y media tensión. Esta es la única fórmula para conseguir una significativa reducción de las emisiones de CO2 a la atmósfera.

Por ahora, la nueva tecnología en accionamientos sólo está disponible para rangos de potencia menores como el de bombas de pulpa, de agua, ventiladores, compresores y correas transportadoras, pero pronto lo estará para aplicaciones de mayor exigencia como molinos de rodillo o chancadores.

Por Mauricio Rotella, Local Division Manager de las divisiones Discrete Automation and Motion y Low Voltage Product de ABB en Chile.
Abril 2011
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