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EMC para accionamientos en miniatura

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Consejos prácticos

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La compatibilidad electromagnética (CEM) describe la capacidad de los componentes eléctricos y electrónicos para funcionar entre sí sin interferencias mutuas en un entorno determinado. Los usuarios deben tenerlo en cuenta a la hora de trabajar con accionamientos controlados y abordar este complejo tema.
En los años 20, fue el conflicto entre la tecnología de accionamientos eléctricos ya establecida en el tráfico urbano y el emergente sector de las telecomunicaciones lo que llevó al desarrollo de la supresión de radiointerferencias, un subconcepto de la CEM. Hoy en día, los accionamientos eléctricos suelen estar controlados. Además de la conversión de energía, también contienen los componentes de telecomunicación que necesitan los sensores para la transmisión de datos. Debido a las interferencias emitidas durante la conversión de energía, es importante garantizar la necesaria resistencia a las interferencias de los sensores y las telecomunicaciones, a menudo en los espacios más reducidos.
Certificación en la aplicación
Los valores límite de los accionamientos eléctricos controlados, tanto para las interferencias emitidas como para la resistencia a las interferencias, se definen hoy en día en la norma EN 61800-3. Sin embargo, la norma sólo sirve de base para evaluar un accionamiento listo para funcionar. No se puede predecir de forma fiable cómo se comportará en el dispositivo final. En este caso, el usuario está obligado a obtener la certificación válida para su aplicación. En los sistemas con accionamientos eléctricos en miniatura, la energía eléctrica suele transformarse
varias veces. Aquí surgen magnitudes eléctricas alternantes en forma de tensiones y corrientes con frecuencias muy variadas, por ejemplo, operaciones de conmutación en la etapa de salida, campos de interferencia (electro)magnéticos durante el funcionamiento dinámico o fluctuaciones de tensión (rizado) al conmutar los accionamientos.
Aunque la directiva CEM 2014/30/UE se aplica a los dispositivos del mercado único europeo, la evaluación concreta se realiza sobre la base de las denominadas normas armonizadas. Se exige el cumplimiento de la directiva CEM, tal como indica el marcado CE. Pero los dispositivos que no se comercializan en el mercado único europeo o que se destinan a reutilizadores industriales también suelen requerir una prueba de conformidad. En este caso, se utilizan las normas genéricas EN 61000-4-x y EN 61000-6-x; la que se aplique dependerá de si los dispositivos están destinados al uso industrial o al sector de consumo.
Valores límite para accionamientos controlados
La norma EN 61800-3 sirve de base para la evaluación de un accionamiento listo para funcionar compuesto por motor y variador o controlador de movimiento que funciona directamente con la red eléctrica. También define las reglas para la configuración de la medición. Aquí se aplican diversas cuantificaciones a los tipos de interferencias: En la gama de frecuencias de 150 kHz a 30 MHz, se definen como tensión de interferencia en dB(µV), en la gama de frecuencias de 30 MHz a 300 MHz como potencia de interferencia en dB(pW) y en la gama de 30 MHz a 6 GHz como intensidad de campo de interferencia en dB(µV/m).
El enfoque parte de la base de que las magnitudes alternas de baja frecuencia se observan principalmente como una tensión de interferencia superpuesta a la fuente de alimentación. Las corrientes pulsantes de un accionamiento controlado podrían afectar, por ejemplo, al funcionamiento de un PLC conectado en paralelo. Del mismo modo, un pico de tensión en la alimentación durante una operación de frenado podría hacer que los dispositivos conectados en paralelo iniciaran una desconexión de protección. Por otro lado, la potencia de interferencia y la intensidad de campo de interferencia describen la propagación de campos electromagnéticos no transmitidos por cables.
La intensidad del campo de interferencia como reto
Durante la certificación de un dispositivo con accionamiento en miniatura integrado, la intensidad del campo de interferencia suele ser el mayor reto. Las medidas que pueden tomarse contra ella son, por ejemplo, filtros en las salidas de potencia para suprimir las corrientes de interferencia capacitivas de alta frecuencia. Por lo general, cada línea de alimentación del motor debe estar totalmente apantallada. Lo mismo se aplica al cable del sensor, que se tiende por separado de la línea de alimentación del motor. También es importante que todas las piezas conductoras estén conectadas conductivamente a la denominada puesta a tierra funcional mediante conectores de apantallamiento de RF. A partir de esta puesta a tierra funcional, ambos extremos de la pantalla pueden conectarse en plano. La puesta a tierra de protección PE pura sólo es suficiente en un número muy reducido de casos.
Mientras que la intensidad del campo interferente se atenúa eficazmente mediante la puesta a tierra funcional y los cables apantallados, la componente de corriente alterna de retorno en la placa base tiende a aumentar como consecuencia de ello. Si estas corrientes alternas retornan al convertidor de conmutación a través de la red eléctrica o de la fuente de alimentación, la componente de tensión alterna en el conductor de alimentación aumenta inevitablemente y, por tanto, también lo hace la tensión parásita. Por ello, a menudo es necesario un filtro adicional en la línea de alimentación que limite la propagación de estas corrientes. Corresponde al fabricante del aparato decidir si instala dicho filtro antes de cada accionamiento -en el caso de los accionamientos en miniatura, normalmente en la línea de alimentación de 24 V o 48 V- o justo antes de la fuente de alimentación en el lado de CA. Esto último ahorra costes, pero sólo funciona si los propios accionamientos están diseñados de forma que no se interfieran mutuamente.
Resistencia a las interferencias en las pruebas estándar
Las pruebas estándar cubren una amplia gama de efectos electromagnéticos, como la resistencia a las descargas electrostáticas (ESD) y a los campos electromagnéticos de alta frecuencia de un emisor vecino, la resistencia a los transitorios eléctricos rápidos (ráfagas), las sobretensiones, por ejemplo, causadas por rayos, o las interferencias de modo común de radiofrecuencia en líneas de sensores y comunicación más largas. Las pruebas adicionales para caídas de tensión más cortas se definen principalmente para los accionamientos que funcionan directamente en la red eléctrica. En cambio, las fluctuaciones de tensión típicas de varios accionamientos dinámicos en un sistema de CC no se detectan realmente. Para los accionamientos en miniatura, las medidas adicionales de supresión de interferencias incluyen el uso de cables lo más cortos posible o diodos de protección en el lado de alimentación. También se pueden utilizar filtros de ferrita, como los habituales en cables analógicos de monitor de PC o cables de comunicación.
En los accionamientos compactos, los encóderes plantean el principal reto en cuanto a la resistencia a las interferencias de los componentes. Asimismo, deben alojarse en un espacio de instalación mínimo. Sin embargo, incluso en los encoders pequeños puede conseguirse una protección suficiente contra ESD mediante elementos de protección compactos. Las intensidades de campo especificadas para la resistencia a las interferencias no suelen plantear problemas ni en la gama de frecuencias de radiofrecuencia ni en la gama de frecuencias de red. La resistencia a las interferencias contra ráfagas, o transitorios rápidos, requiere filtros tanto en las conexiones de alimentación como en los cables de señal. Sin embargo, esto plantea un problema en las conexiones de alimentación, ya que la fuente de alimentación suele estar conectada directamente a los circuitos integrados en el codificador. La protección efectiva sólo es posible aquí en el dispositivo completo. Por lo general, no es necesaria una protección completa directamente en los codificadores contra interferencias estándar. No obstante, en caso necesario, puede instalarse un diodo de protección, por ejemplo, en una placa adaptadora.
La señal de prueba para perturbaciones de RF conducidas según IEC 61000-4-6 es mayor que la señal útil de los codificadores típicos. Sin embargo, los filtros de modo común en un encóder para diámetros de motor de sólo 20 a 22 mm no son factibles. En este caso, debe realizarse una evaluación a nivel de dispositivo para determinar qué interferencias cabe esperar. En caso necesario, la resistencia a las interferencias puede mejorarse con ferritas acopladas externamente. Las caídas de tensión en la fuente de alimentación del sistema de accionamiento pueden provocar la desconexión del sistema. Dependiendo del búfer de la fuente de alimentación del encóder en el controlador de movimiento, el encóder también puede quedar subalimentado en caso de caídas de tensión. En este caso, los encóderes incrementales pierden la información de posición absoluta y deben volver a referenciarse.
Diseño y documentación conformes a la CEM
La CEM de los accionamientos en miniatura es, por tanto, cualquier cosa menos trivial para los usuarios. Por este motivo, los especialistas en accionamientos de FAULHABER han estudiado este complejo tema con gran detalle. Todos los controladores de movimiento de la amplia gama de productos cumplen la normativa CEM vigente. No sólo se ha optimizado adecuadamente el hardware, sino que también se ha rediseñado la documentación para proporcionar a los usuarios la mejor asistencia posible durante la certificación de sus propios dispositivos.