FILTROS SINUSOIDALES

Los variadores de velocidad a su salida y debido a que la tensión es en forma de tren de pulsos modulados en ancho de pulso, PWM, son una fuente de ruido eléctrico. El ruido de alta frecuencia de modo diferencial se genera por la señal portadora y sus armónicos, y por las reflexiones que se producen a causa del desajuste entre la impedancia característica del cable y la del motor, ocasionando una sobretensión oscilante. Por otra parte la conmutación de los IGBTs genera ruido de alta frecuencia en modo común.  

Los filtros sinusoidales trifásicos son filtros de segundo orden construidos con una inductancia trifásica y un banco de condensadores. Son elementos efectivos a la hora de eliminar el ruido de alta frecuencia proporcionando al motor una onda sinusoidal.      

Un variador de frecuencia trifásico consta de tres etapas. El rectificador de puente de diodos de 6 pulsos, el bus de continua y el inversor.  El variador se conecta a una carga trifásica inductiva. La fuente de red en esta modelización proporciona 25 Vp (voltios pico) a 50 Hz. El rectificador de puente de diodos tiene una 'conmutación natural'. El inversor sigue la secuencia de disparos 123-234-345-456-561-612.

En este caso no hay filtro de salida y podemos observar que la tensión fase-fase, V(u1)-V(v1) a la salida del variador es un conjunto de pulsos. Sin embargo la corriente de fase, Iu, es sinusoidal debido a la acción como filtro paso bajo de la carga inductiva.

Vamos a instalar un filtro sinusoidal a la salida del variador, por lo que el sistema completo tendrá la siguiente forma,

Sin entrar en esta publicación a considerar el diseño del filtro sinusoidal, los valores de sus componentes son Lf = 13 mH y Cf = 2.2 uF. La frecuencia de resonancia de este filtro de segundo orden se encuentra en 940 Hz, que se sitúa por debajo de los 4 kHz de la frecuencia de la portadora triangular utilizada para generar las señales de disparo del inversor. La gráfica de Bode o respuesta en frecuencia del filtro,

La señal de la portadora a 4 kHz es atenuada unos 25 dB, es decir un factor de 0.0562.

Con el filtro sinusoidal instalado volvemos a realizar una simulación que arroja los siguientes resultados de la tensión fase-fase a la salida del filtro y corriente de fase,  

La tensión fase-fase al ser filtrada es ahora un sinusoide en el que se observa como el rizado de alta frecuencia modula todavía su amplitud. La corriente, retrasada respecto a la tensión debido a la carga de naturaleza inductiva, es ahora un sinusoide más puro.