Departament d’Enginyeria Electrònica

CAMPUS DE TERRASSA

TRABAJO DE INTERFERENCIAS Y COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA

Requisitos y Certificación para accionamientos de velocidad variable.

Daniel Zurita Millán

22/06/2012

Índice de la práctica 1. Introducción.......................................................................................................................... 4

1.2 Términos utilizados en el documento. ............................................................................. 5

2. Información para el ensayo de PDS ....................................................................................... 7

2.1 Medición de EMC en Conducción .................................................................................... 7

2.1.1 Estabilizador de Red o LISN ...................................................................................... 7

2.1.2 Analizador de espectros ............................................................................................ 8

2.2 Medición de la radiación ................................................................................................. 9

3. Requisitos de inmunidad de un PDS. ................................................................................... 10

3.1 Inmunidad a Perturbaciones de baja frecuencia ............................................................ 12

3.1.1 Armónicos y distorsión de la tensión....................................................................... 12

3.1.2 Entallas de conmutación ......................................................................................... 12

3.1.3 Fluctuaciones de tensión ........................................................................................ 13

3.1.4 Huecos e interrupciones breves .............................................................................. 13

3.1.5 Desequilibrio de tensión. ........................................................................................ 13

3.1.6 Variaciones de frecuencia. ...................................................................................... 13

3.1.7 Modo común a la frecuencia de la red .................................................................... 14

3.2 Inmunidad a perturbaciones de alta frecuencia ............................................................. 14

3.3 Inmunidad contra campos electromagnéticos ............................................................... 15

4. Requisitos de emisión en PDS .............................................................................................. 16

4.1 Entallas de conmutación. .............................................................................................. 16

4.2 Armónicos presentes en las corrientes del PDS. ............................................................. 16

4.3 Fluctuaciones de tensión ............................................................................................... 17

4.4 Emisión de armónicos en modo común ......................................................................... 17

4.5 Limites básicos de emisión en alta frecuencia ................................................................ 17

5. Ejemplo de un PDS comercial .............................................................................................. 19

6. Conclusiones ....................................................................................................................... 21

Í ndice de figuras Figura 1 Ejemplo de Estabilizador de red que cumple con CISPR 16-1 de la marca AFJ. .............. 8

Figura 2 N9020A MXA Analizador de espectro de Agilent compatible con CISPR 16 .................. 9

Figura 3 Esquema para la medición de emisiones radiadas ...................................................... 10

Figura 4 Propagación de perturbaciones ................................................................................. 18

Figura 5 Familia de Variadores de Frecuencia ACSM1 de ABB .................................................. 19

Figura 6 Conexión del transformador de alimentación con apantallamiento ........................... 20

1. Introducción

Este trabajo se centra en la explicación de que requisitos se deben cumplir referentes a la

compatibilidad electromagnética (CEM) para poder certificar variadores de frecuencia (PDS)

para accionamientos de motores. Cabe indicar que todo este conjunto de requisitos y

especificaciones se encuentra recogido en la norma UNE-EN 61800-3 referente a los

Accionamientos eléctricos de potencia de velocidad variable. Dentro de esta norma, todo el

apartado de certificación se encuentra recogido en la parte 3 de la norma. Es decir para que un

variador de frecuencia este autorizado para funcionar ya sea en una red pública o privada deba

cumplir los requisitos impuestos por la norma UNE-EN 61800-3 (En lo que a compatibilidad

electromagnética se refiere).

Los PDS recogidos por esta norma deben cumplir las siguientes características:

Se trata de accionamientos de velocidad variable para motores de corriente alterna o

corriente continua. Valido para todos los PDS que estén conectados a la red de

corriente alterna con una tensión nominal de hasta 1000 V c.a. (valor eficaz).

Solo quedan cubiertos aquellos equipos instalados en entornos industriales y

residenciales, con excepción de las aplicaciones de tracción y los vehículos eléctricos.

Un variador de frecuencia (PDS) se compone de un motor y de un módulo de accionamiento

completo (CDM). Si el equipo incorporara alguna clase de transformador, este se incluye como

parte integrante del CDM. No incluye el equipo que es accionado por el motor, obviamente

podemos conectar cualquier tipo de motor o carga al variador de frecuencia. El CDM consta de

un módulo de accionamiento básico (BDM) y sus posibles ampliaciones. El BDM contiene el

convertidor, el equipo de control y las funciones de autoprotección.

Existen diferentes categorías para aplicar la normativa de un PDS. Estas categorías se conocen

como C2, C3 y C4.

Convertidor de categoría C2: Sistema de accionamiento de potencia con tensión

nominal inferior a 1.000 V que no sea ni un dispositivo enchufable ni móvil, destinado

a ser instalado y puesto a punto técnicamente por un profesional cuando se utiliza en

el primer entorno.

Convertidor de categoría C3: Sistema de accionamiento de potencia con tensión

nominal inferior a 1.000 V, destinado a ser utilizado en el segundo entorno y no en el

primero.

Convertidor de categoría C4: Sistema de accionamiento de potencia con tensión

nominal igual o superior a 1.000 V o intensidad nominal igual o superior a 400 A o

destinado a ser utilizado en sistemas complejos en el segundo entorno.

Cabe indicar que en este trabajo se repasaran algunos de los requisitos fundamentales en los

accionamientos. No se entrara en detalle para cada requisito especificado en la norma.

Además se realiza una definición de los principales equipos de medida que se utilizan para

poder comprobar los niveles de perturbaciones conducidas y radiadas que genera el equipo a

analizar.

Una vez explicados los diferentes conceptos y requisitos que se miden, se pone un ejemplo de

un variador de frecuencia comercial y se indica toda la información referente a compatibilidad

electromagnética que incluye el fabricante. Por último se intenta buscar un presupuesto de

cuanto costaría certificar un variador de frecuencia, o en su defecto que empresas tienen la

potestad para poder certificarnos un PDS en cuanto a CEM se refiere.

1.2 Términos utilizados en el documento.

Abreviaciones:

CEM: Compatibilidad Electromagnética.

PDS: Sistemas de accionamiento de potencia.

CDM: Motor y de un módulo de accionamiento completo.

BDM: Módulo de accionamiento básico.

Terminología referente a la norma:

Primer entorno: incluye instalaciones domésticas. También incluye establecimientos

conectados directamente y sin transformadores intermedios a una red de baja tensión

que alimenta a edificios empleados con fines domésticos.

Segundo entorno: incluye establecimientos distintos de los conectados directamente a

una red de baja tensión que alimenta a edificios empleados con fines domésticos.

In situ: Lugar donde se encuentra instalado el equipo a ensayar para su uso normal por

parte de el usuario final. El equipo se puede ensayar allí.

Motor (del PDS): A los efectos de esta norma, el motor incluye todos los sensores que

estén montados en él y que sean los previstos para soportar el modo de

funcionamiento y que interactúen con un módulo de accionamiento completo (CDM).

PCC, PCI, PC: Estas definiciones figuran en la CEI 61000-2-4.

o -PCC es el punto de acoplamiento común en una red pública.

o -IPC es el punto de acoplamiento en la planta.

o -PC es el punto de acoplamiento (para cualquiera de estos casos).

2. Información para el ensayo de PDS

A continuación se detallarán los principales puntos a tener en cuanta a la hora de realizar

ensayos de variadores de frecuencia.

Para el cableado del componente en el ensayo, se utilizara el cableado recomendado por el

fabricante.

Los ensayos se podrán realizar in situ o en un local debidamente preparado para ello. El lugar

no importa mientras se pueda reproducir correctamente el ensayo especificado por la norma

EN 61800-3:1996. Cabe indicar que únicamente es necesario realizar los ensayos especificados

en esta norma para certificar correctamente el accionamiento en cuestión.

Para realizar el ensayo, se conectará el PDS a analizar junto a un motor estándar con unas

características técnicas adecuadas al variador que se desee ensayar. El equipo se debe de

conectar a tierra de la forma especificada por el fabricante. Cabe indicar que para las pruebas

de emisión en alta frecuencia, la capacitancia parasita entre la carga y la tierra no se puede

normalizar, aunque este valor oscila entre 1nF y 20 nF.

2.1 Medición de EMC en Conducción

Uno de los puntos problemáticos en un PDS en lo referente a alta frecuencia son las

conmutaciones que efectúan los convertidores que lleva incorporado. Estas conmutaciones

presentan dv/dt muy elevados y son las principales fuentes de perturbación. Para poder

analizar correctamente estas conmutaciones, se deben efectuar ensayos con carga reducida. .

El método de ensayo será conforme a 7.2 a 7.4 y al capítulo 8 de CISPR 11, prestando especial

atención a las conexiones a tierra.

2.1.1 Estabilizador de Red o LISN

Para evaluar las emisiones de un PDS a nivel de conducidas, tenemos diferentes posibilidades.

La primera es la de crear una red ficticia (utilizando una LISN) de 50 Ohmios o 50 µH según

marca la norma CISPR 16-1. También se puede utilizar una sonda de tensión según la norma

CISPR 16-1 donde no se pueda aplicar una red ficticia. La Figura 1 muestra dos LISN de la casa

AFJ que cumplen exactamente con la especificación de la norma EN 61800-3:1996.

Para las mediciones in situ de la tensión perturbadora de la red, se deberá utilizar una sonda

de tensión sin red ficticia (CISPR 11). Lo mismo es aplicable si el PDS tiene una corriente de

entrada superior a 100 A, o si la tensión de entrada es superior o igual a 500 V, o si el PDS

contiene un convertidor conmutado por red.

Figura 1 Ejemplo de Estabilizador de red que cumple con CISPR 16-1 de la marca AFJ.

Cabe indicar que existen casos en los que nos e puede utilizar una LISN. A bajas frecuencias las

inductancias internas de la LISN pueden añadir hasta 300µH. Esta impedancia puede hacer

empeorar el comportamiento del PDS y en estos casos no se puede utilizar. Las LISN son aptas

para uso con PDS hasta 100 A, por lo que no se pueden emplear para PDS .con un calibre

superior. Para un PDS de gran potencia, la impedancia de la red será más baja que la

impedancia de la red ficticia. En este caso el uso de una red ficticia daría unas lecturas

excesivamente elevadas.

2.1.2 Analizador de espectros

La medida de emisiones conducidas es una de las medidas más comunes en compatibilidad

electromagnética. El sistema de medida no es muy complicado y puede emplearse

instrumentación de uso general como un analizador de espectros para efectuar la medida una

vez conectada la LISN. Todos los analizadores de espectros conformes con al CISPR 16-1, no

producen ningún problema y son totalmente compatibles con la medidas de EMI tanto en alta

como en baja frecuencia para el análisis de CEM en los variadores de frecuencia.

Si el analizador de espectros no tiene el ancho de banda necesario o la selectividad de entrada

suficientemente elevadas, se pueden producir errores por intermodulación. Además el CISPR

indica que los analizadores de espectros empleen receptores especiales conocidos como

receptores de cuasi-cresta y de valor medio, tenemos que asegurarnos que el analizador de

espectros que seleccionemos lo lleve.

Para medir las perturbaciones en los terminales de red (conducidas) en un PDS, el analizador

de espectros debe cubrir un rango de frecuencias que va desde los 150 kHz hasta los 30 MHz.

Para poder usar este analizador, debe contar con detectores de valor medio y de cuasi cresta,

a demás debe contar con una Resolution Band With de 9kHz.

En algunos receptores también está disponible la gama de frecuencias de 9 kHz a 150 kHz. En

esta gama de frecuencias debe haber disponible un detector cuasi-cresta y la anchura de

banda debe ser de 200 Hz.

Si el analizador de espectros se utiliza para medir las perturbaciones originadas por radiaciones

electromagnéticas, debe ser capaz de cubrir un ancho de banda de 30MHz a 1 GHz y tener un

detector de cuasi-cresta y un RBW de 120 kHZ.

La Figura 2 muestra un analizador de espectros de Agilent N9020A MXA acorde con CISPR 16

apto para la lectura de CEM en variadores de frecuencia.

c

Figura 2 N9020A MXA Analizador de espectro de Agilent compatible con CISPR 16

2.2 Medición de la radiación

Las emisiones radiadas no intencionadas generadas el PDS han de ser medidas para corroborar

que no puedan alcanzar un nivel que interfiera con el funcionamiento de otros equipos a su

alrededor. Este nivel depende del equipo y se recoge en la norma de aplicación recogida en el

CISPR 11. La configuración típica de ensayo comprende los elementos mostrados en el

siguiente esquema:

Figura 3 Esquema para la medición de emisiones radiadas

De acuerdo con el capítulo 10 de CISPR 11, las mediciones de radiación in situ se efectúan con

la distancia medida "desde el muro exterior fuera del edificio en el cual esté situado el PDS". La

distancia donde se situará la antena depende de en que emplazamiento se conectará el

equipo. Para equipos conectados a la red pública, se podrán medir in situ o en centros de

ensayo. La distancia de la antena será de 10 metros. Si la corriente del equipo fuera demasiado

elevada, las pruebas no se harían in situ y pasarían a hacerse en campo abierto o bajo

condiciones controladas, siempre y cuando permita su completa repetitividad.

Para equipos en redes industriales, se podrán medir también in situ o en lugares específicos. La

distancia de la antena será de 30m o 10m. En caso de ser de 10m, los límites relativos a la

distancia de 30m se deben incrementar en 10 dB.

Cuando los equipos se miden in situ la disposición del cableado y de conexión a tierra debe de

ser idéntica a la que tendrá una vez funcionando. Cuando el equipo se mide en un lugar para

ensayos y no se conoce la disposición final del cableado, se elegirá para el cable del motor una

longitud que sea representativa de una aplicación normal prevista, y por lo menos de 5 m.

3. Requisitos de inmunidad de un PDS.

El ensayo de inmunidad, a grandes rasgos, consiste en someter el PDS a perturbaciones de

origen electromagnético generadas por terceros y ver en que medida afecta esta perturbación

al correcto funcionamiento del sistema. Los ensayos de inmunidad a los campos

electromagnéticos radiados pueden efectuarse en la gama de frecuencias de26 MHz a 1 GHz.

En función de las características de funcionamiento de un PDS, podemos dividir los diferentes

subsistemas a ensayar en tres grupos de prestaciones intrínsecas:

Funcionamiento de la electrónica de potencia y de los circuitos de excitación.

Funciones de tratamiento y adquisición de información.

Funcionamiento de la pantalla y cuadros de mando.

Por lo tanto, se dirá que un equipo cumple los requisitos de inmunidad cuando supere

exitosamente las pruebas realizadas en los tres grupos de funcionalidades diferentes.

Se puede hacer un ensayo como generador de par, pero solo si lo solicita el cliente ya que es

una propiedad específica. Por lo tanto, el comportamiento como generador de par quedara

excluido de este trabajo.

El ensayo de las funciones de tratamiento y adquisición de información, incluyendo los

accesorios opcionales si los hay, se llevará a cabo únicamente en aquellos casos en que los

accesos o interfaces correspondientes estén disponibles en el PDS.

Punto Criterios de aceptación / Prestaciones

presta

ciones A B C

Prestaciones especificas

Generalidades de la

calificación en cuestión.

Ninguna variaci6n

perceptible en las

características de

funcionamiento

FUNCIONA TAL COMO

ESTA PREVISTO

Cambios perceptibles

(ópticos 0 acústicos)

en las características

de funcionamiento

AUTORRECUPERABLE

Parada, cambios en las características de

funcionamiento.

Disparo de dispositivos

de protecci6n

NO

AUTORRECUPERABL

E

Prestaciones

intrínsecas.

Funcionamiento de la

electrónica de potencia y

de sus circuitos

excitadores

No hay avería de un

semiconductor de potencia

Avería temporal que no

puede ser causa de una

parada no intencionada

del accionamiento

Parada, disparo de

dispositivos de

protecci6n

NO

AUTORRECUPERABL

E

Prestaciones intrínsecas

Funciones de adquisición y

tratamiento de la

información

No hay perturbación en la

comunicación e intercambio

de datos con dispositivos

exteriores

Comunicación

temporalmente

perturbada, pero sin

ningún mensaje de error

de Ios dispositivos

internos o externos que

pudiera causar la parada

Errores de comunicación,

perdida de datos e

información

NO

AUTORRECUPERABL

E

Prestaciones intrínsecas

Funcionamiento de

pantallas y cuadros de

mando

No hay cambios en la

información visual

presentada, solo ligera

fluctuación en la intensidad

luminosa de Ios LED o

ligero movimiento de Ios

caracteres

Cambios de información

temporales visibles,

iluminación no deseada

de Ios LED

Parada, perdida

permanente de

información 0 regimen

de

funcionamiento prohibido,

presentación de

información

manifiestamente

errónea

Tabla 1 Criterios de aceptación de un PDS frente a perturbaciones electromagnéticas

La Tabla 1 muestra un resumen de los efectos de una determinada perturbación en tres

criterios de aceptación/prestaciones A, B y C, cada uno de los cuales define un nivel respuesta

a la perturbación electromagnética diferente, donde A es que el sistema no resulta

prácticamente afectado y la C que el PDS resulta muy afectado por la perturbación. Esta tabla

se aplicará para cada requisito deseado. En cada requisito se indicará que calificación mínima

debe obtener el PDS para que este supere el requisito establecido por la norma.

Referente a las pruebas y ensayos de inmunidad, estos se suelen efectuar aplicando una carga

ligera al motor conectado al PDS. Cabe indicar que las condiciones de carga no afectan

prácticamente a las pruebas de inmunidad de un PDS. Los fallos de circuitos de potencia y de

control se deben generalmente a niveles dañinos de tensión y no de intensidad.

Por otra parte, los ensayos realizados con una carga reducida no detectan las pequeñas

variaciones de ajuste del circuito de protección, es decir de sobre intensidad y sobretensión. Si

estos niveles son críticos para el funcionamiento adecuado de un PDS, el ensayo debe

comprobar la inmunidad en estos puntos de funcionamiento.

Si se cumplen las condiciones anteriores, y el DPS no es sensible a los ajustes de las

protecciones del circuito se puede emplear un ensayo de vacío, con el motor girando en vacío

sin carga para comprobar las características de CEM.

Para ensayar las prestaciones de la función de adquisición o tratamiento de la información se

deberá disponer de un equipo adecuado que permita simular la comunicación de datos o la

evaluación de datos. Este equipo deberá tener suficiente inmunidad para poder funcionar

correctamente durante el ensayo.

3.1 Inmunidad a Perturbaciones de baja frecuencia

A continuación se definirán los diferentes requisitos que debe cumplir un PDS para cumplir la

norma EN 61800-3 en lo referente a inmunidad a perturbaciones de baja frecuencia.

3.1.1 Armónicos y distorsión de la tensión.

Este punto aborda la máxima distorsión armónica que puede soportar el PDS. Los armónicos

presentes en la tensión del PDS pueden tener un THD máximo del 10% para redes públicas, y

un 8% para las industriales en condiciones de régimen permanente. Para certificar si un equipo

es valido o no, se utilizará el criterio de aceptación A. Para régimen transitorio se mantendrán

los porcentajes anteriores pero multiplicados por un factor de 1,5. El criterio de aceptación en

este momento será el B.

3.1.2 Entallas de conmutación

Muchos convertidores alojados en el variador producen entallas de conmutación. Las entallas

se definen por su profundidad (d, en % de ULWM) y por su superficie (en % x grados). Estas

entallas se ven mejor reflejadas en un análisis temporal. Se debe comprobar que el PDS como

mínimo presente una inmunidad, según el CEI 600146-1-1, de clase B. Es decir, el equipo debe

de ser inmune a una entalla de un 40% de profundidad y una superficie de 250 % x grados.

Respecto de los resultados, se utilizara el criterio de aceptación A.

3.1.3 Fluctuaciones de tensión

El sistema tiene que ser inmune a fluctuaciones de tensión del orden de ± 10% de la amplitud

nominal. Estas fluctuaciones pueden tener como máximo una duración de 1 minuto. El criterio

de aceptación será el A. Cabe indicar que al ensayar este requisito, se puede ver modificadas

las variables de velocidad y par a la salida del motor.

3.1.4 Huecos e interrupciones breves

Los huecos e interrupciones breves son reducciones de la tensión de alimentación que quedan

fuera de la gama de fluctuaciones. Se definen como perdidas de entre el 10 % y el 100% de la

tensión nominal con una duración inferior a u minuto. Es difícil poder prevenir el

comportamiento del PDS delante de un hueco de tensión. Por ese motivo para obtener este

requisito, se debe de efectuar el ensayo y usar un criterio de aceptación como mínimo de C.

Cabe indicar que se debe de proporcionar información a los usuarios de que comportamiento

tiene el PDS delante de un corte momentáneo de alimentación o un hueco de tensión. Para

ensayar esta característica, bastaría con retirar momentáneamente el cable de alimentación

del equipo y observar su comportamiento.

3.1.5 Desequilibrio de tensión.

Estos desequilibrios son causados por cargas monofásicas individuales en sistemas trifásicos. El

nivel de inmunidad requerido para pasar la norma debe de ser como mínimo igual al mismo

valor que el nivel de compatibilidad en el punto de acoplamiento considerado. Este nivel de

compatibilidad varía del 3% al 2% en función de el punto de acoplamiento considerado (PC).

3.1.6 Variaciones de frecuencia.

Las variaciones de frecuencia se encuentran reguladas por el sistema de control del variador

de frecuencia. El único punto crítico puede ser la rapidez con la que cambian las variaciones de

frecuencia. La inmunidad frente a las perturbaciones debidas a las diferentes velocidades de

cambio vienen definidas en la CEI 61000-2-4 y son entre el ±2% o ±4 % en función de la clase y

al tipo de red de alimentación a la que se quiera conectar el PDS.

3.1.7 Modo común a la frecuencia de la red

Debe tenerse en cuenta la transmisión de que la transmisión de señales en modo común es

susceptible de sufrir interferencias en entornos perturbados y en líneas de transmisión de

datos de más de 2 metros. Debe de indicarse que puertos transmiten de forma diferencial y

cuales no ya que pueden aparecer perturbaciones de modo común si uno de los terminales de

un canal diferencial se conecta a tierra.

3.2 Inmunidad a perturbaciones de alta frecuencia

Para comprobar si un accionamiento cumple los requisitos establecidos para perturbaciones

de alta frecuencia, se tiene que conocer primero a que entorno irá destinado. Existen dos

entornos, un primero que indica que el PDS va a ser conectado a una red pública de baja

tensión o un segundo entorno que indica que el PDS se conectará a una red puramente

industrial.

Tabla 2 Requisitos mínimos de inmunidad en PDS previstos para uso en entorno público

La Tabla 2 muestra Requisitos mínimos de inmunidad en PDS previstos para uso en entorno

público mientras que la Tabla 3 muestra los requisitos mínimos de inmunidad para ser

utilizado en un entorno industrial. Los criterios de aceptación son los mostrados en el apartado

3 y contenidos en la Tabla 1.

Tabla 3 Requisitos mínimos de inmunidad en PDS previstos para uso en entorno Industrial

1) Si el CDM es una unidad de bastidor o chasis abierto o tiene clasificaci6n IP00, noes posible

efectuar ensayos, y están prohibidos por razones de seguridad.

2) Accesos de potencia para intensidad nominal < 100 A: acoplamiento directo, utilizando la

red de acoplamiento y de desacoplamiento. Accesos de potencia con corriente nominal<': I 00

A: acoplamiento directo o pinza capacitiva sin red de desacoplo. Si se utiliza la pinza capacitiva,

el nivel de ensayo debería ser de 2 kV/5 kHz.

3) Aplicable únicamente a accesos de entrada de potencia de c.a y únicamente si se dispone

normalmente de un equipo de ensayo adecuado. No se debería rebasar la tensión de impulsos

nominal del aislamiento básico (según se indica en la CEI 60664-1)

4) Acoplamiento de fase a fase.

5) Acoplamiento de fase a tierra.

6) Aplicable únicamente a accesos o interfaces con cables cuya longitud total pueda ser

superior a 2 m de acuerdo con la especificación funcional del fabricante.

3.3 Inmunidad contra campos electromagnéticos

Los ensayos referidos en este apartado se utilizaran para comprobar la inmunidad del variador

de frecuencia con respecto a otros sistemas que trabajan en elevadas frecuencias ( ICM). Se

efectuará un ensayo que cubra el rango de frecuencias comprendido entre los 26MHz y los

1000MHz. La amplitud de la perturbación será de 10 V/m para los equipos en entornos

industriales y de 3V/m para los conectados a la red doméstica.

No se esperan perturbaciones por debajo de los 26 MHz, por lo tanto no se deben efectuar

ensayos de inmunidad pro debajo de esta frecuencia. Referente a los campos EM de bajo nivel,

siempre y cuando se realice una disponibilidad operacional intrínseca, los campos radiados de

otros PDS y otros equipos comerciales no deberían de causar ningún problema en el PDS bajo

análisis de inmunidad. Los ensayos de acuerdo con CEI 61000-4-3 con 3 V/m pueden presentar

problemas de inmunidad únicamente para campos EM de bajo nivel.

En lo referente a los campos EM de alto nivel, se tiene que tener especial cuidado con los

transmisores que trabajen a menos de un metro del equipo a ensayar. Los equipos de

comunicación son los elementos que principalmente afectan a los PDS.

4. Requisitos de emisión en PDS

En este punto se especifica en al norma EN 61800-3:1996 las máximas emisiones de

perturbaciones de tipo EMI que nuestro equipo PDS puede producir. Algunas veces resultan

muy costosos estos análisis y basta con una simple simulación o los cálculos teóricos si así lo

pactan el fabricante y el cliente.

Cabe indicar que dentro de un PDS la principal causa de perturbación EMI son las

conmutaciones producidas en los convertidores o inversores que controlan el motor. Por lo

tanto puede emitir perturbaciones de alta o baja frecuencia. Las perturbaciones con

frecuencias fundamentales inferiores a 9 kHz son las producidas por el PSD al suministrar

energía al motor. Las de mayores frecuencias se pueden producir por el ondulador o el reloj

del microprocesador.

A continuación se detallan algunos de los requisitos necesarios para cumplir la norma.

4.1 Entallas de conmutación.

La profundidad máxima de las entallas emitidas al conmutar varía en función de si el

dispositivo se conectará a una red pública o a una industrial. Para la red pública basta con que

el equipo no supere las emisiones máximas establecidas por el distribuidor local. Para las

industriales funciona de la misma forma, pero si el equipo rebasa una profundidad de entalla

del 40% deberá pactarlo con el usuario.

4.2 Armónicos presentes en las corrientes del PDS.

Se deberán documentar los armónicos en condiciones nominales de carga, el porcentaje de al

corriente fundamental que suponen. Los valores de referencia de estos armónicos se

calcularan hasta un orden mínimo de 25. El THD de la corriente se calculará cogiendo hasta el

armónico de orden 40 y su PHD de alta frecuencia del orden 14 al 40. Para calcular estos

armónicos se supondrá que el sistema esta conectado a una red con una impedancia óhmica

pura.

4.3 Fluctuaciones de tensión

Las fluctuaciones de tensión son originadas por la red donde se instala el PDS y no por el

sistema en sí, así que la emisión de fluctuaciones es problema del instalador y de la red y no se

debe tener ninguna consideración de este tipo de emisiones por parte del PDS.

4.4 Emisión de armónicos en modo común

(Tensión de baja frecuencia en modo común). La frecuencia de conmutación del convertidor

del PDS se encuentra a menudo dentro de la gama de frecuencias audibles, y en especial en la

gama de frecuencias utilizada corrientemente por los sistemas telefónicos (300 Hz -3 400 Hz).

Esto se debe tener en cuenta al instalar el PDS.

Por lo tanto para evitar el riesgo de diafonía con cables sensibles de señales de teléfonos,

sistemas de intercomunicación y similares, el cable del interfaz de potencia se debe separar de

los cables de señales sensibles. Además se recomienda que los cables de comunicación se

encuentren debidamente apantallados para evitar en mayor medida la influencia de las

emisiones de los cables de potencia

4.5 Limites básicos de emisión en alta frecuencia

Para el primer entorno o ámbito domestico, o equipos conectados a la red publica, se deben

de cumplir las normas especificadas en la. Para poder reproducir los valores de la tabla, se

entiende que el sistema esta conectado a una alimentación nominal entre fases igual a 500V y

que uno de los puntos de la instalación se encuentra conectado a tierra.

Los límites de la perturbación en los terminales de red se muestran en la Tabla 4. En cambio,

los valores para perturbación de radiación electromagnética se muestran en la Tabla 5 se

muestran los límites para las perturbaciones radiadas.

Tabla 4 Valores límite de la tensión de perturbación en los terminales de la red. F=[150kHz a 30 MHz].

Tabla 5 Valores de los límites para la perturbaciones electromagnética radiada en a banda de frecuencia de 30 MHz a 1000 MHz según CISPR 11

Para los PDS instalados en el segundo entorno, el usuario deberá asegurarse no se induzcan

excesivas perturbaciones en las redes de baja tensión del vecindario, incluso si la propagación

es a través de la red de media tensión.

Si existen problemas o discrepancias entre el usuario de un PDS y una victima de perturbación

radiada, se efectuara una medición in situ de la tensión perturbadora propagada en el

secundario de baja tensión en el transformador de medida situado donde esta la victima.

Según muestra la Figura 4.

Figura 4 Propagación de perturbaciones

5. Ejemplo de un PDS comercial

A continuación se ejemplificara un modelo concreto de PDS comercial y se verá que

información respecto a CEM indica el fabricante y como efectivamente la norma que cumple

es la EN 61800-3. El modelo seleccionado es el Controlador para motores ABB modelo ACSM1.

Estos convertidores industriales de ABB pueden controlar motores de 0,75 hasta 160 kW.

Ofrecen control de velocidad, par y movimiento para cualquier tipo de aplicación. Pueden

controlar servos de inducción, síncronos y asíncronos, así como motores de par elevado

mediante diversos dispositivos de realimentación. Incorpora interfície de comunicación como

data logger y monitorización de variables directamente del motor.

Figura 5 Familia de Variadores de Frecuencia ACSM1 de ABB

Si nos fijamos en el apartado de compatibilidad electromagnética de este dispositivo, podemos

ver como cumple las normas de EN 61800-3(2004) y las cumple en las categorías C2, C3 y C4.

Esta normativa se corresponde con la directiva EMC (directiva 73/23/CEE, modificada por

93/68/CEE y directiva 89/336/CEE, modificada por 2004/68/CEE). En el manual del convertidor

se detalla para cada categoría como se cumple la norma EN 61800-3.

Cumplimiento de la norma EN 61800-3 (2004), categoría C2 y C3

1. El convertidor está equipado con un filtro de red opcional JFI-xx.

2. Los cables de control y motor se seleccionan según se especifica en el capítulo Planificación

de la instalación eléctrica.

3. El convertidor de frecuencia se instala según las instrucciones de este manual.

4. La longitud de los cables a motor no superan los 50 metros (164 pies).

Cumplimiento de la norma EN 61800-3 (2004), categoría C4

1. Se garantiza que no se propaga una emisión excesiva a las redes de baja tensión situadas en

los alrededores. En algunos casos basta con la supresión natural causada por los

transformadores y los cables. En caso de duda puede utilizarse un transformador de

alimentación con apantallamiento estático entre el arrollamiento primario y el secundario.

Figura 6 Conexión del transformador de alimentación con apantallamiento

2. Se elabora un plan EMC para la prevención de perturbaciones en la instalación. El

representante de ABB local dispone de una plantilla.

3. Los cables de control y motor se seleccionan según se especifica en el capítulo Planificación

de la instalación eléctrica.

4. El convertidor de frecuencia se instala según las instrucciones de este manual.

Cabe indicar que ABB dispone además de un manual para la correcta conexión de sus sistemas

y la reducción de los problemas de CEM para poder superar los ensayos in situ. Hemos podido

demostrar como efectivamente la norma que rige el diseño de los PDS en referente a la

compatibilidad electromagnética, y como un producto comercial de PDS la cumple.

6. Conclusiones

A lo largo de este trabajo se han podido comprobar que requisitos se deben de cumplir para

que los variadores de frecuencia o PDS se puedan certificar correctamente. Cabe indicar que

esta norma es la UNE EN 61800-3. A grandes rasgos existen dos grupos de requisitos que debe

cumplir un PDS. El primero tiene que ver con la inmunidad del equipo a la recepción de

perturbaciones electromagnéticas del exterior. La segunda con los niveles de emisión de

perturbaciones hacia el exterior.

Se ha podido observar como se establecen los requisitos de inmunidad separando los

resultados en tres niveles de aceptación en función de si resulta el equipo afectado o no. Para

las diferentes pruebas de inmunidad se establecen los niveles mínimos que debe presentar el

dispositivo.

En cuanto al ensayo y medición de los resultados se utiliza básicamente una red estabilizadora

o LISN y un analizador de espectros compatible con la normativa CISPR 16.

Cabe indicar que algunos de los análisis de emisiones son algo complejos de realiza. Estos se

suelen hacer de forma teórica o bajo simulación y los resultados se pactan con el usuario final

del PSD.

En este trabajo también se pidió dar un precio orientativo a una certificación, pero esto no ha

sido posible dado que dependen en gran medida de las características del inversor. En cambio,

se dará un listado completo de las diferentes empresas asociadas a ENAC (Entidad Nacional de

Acreditación) con potestad para poder realizar los ensayos en el campo de la compatibilidad

electromagnética en el ámbito de Cataluña.

Existen dos empresas acreditadas, la primera pertenece al grupo Applus, LGAI

TECHNOLOGICAL CENTER, S.A. con la acreditación de 9/LE900 - Compatibilidad

electromagnética. Este centro está situado en el campus universitario de la universidad

autónoma de Bellaterra. El segundo centro IDNEO Technologies, S.L. se encuentra de

Viladecaballs y tiene el certificado 827/LE1882 - Compatibilidad electromagnética.