Control de filtrado activo basado en SVPWM para accionamiento de motor de inducción con bobinado de extremo abierto alimentado por inversores duales para mitigación de armónicos

Por qué importan los motores más limpios

Los motores eléctricos alimentan silenciosamente líneas de fábrica, bombas, ventiladores e incluso algunos vehículos eléctricos. Para controlar su velocidad de forma eficiente, la industria recurre a accionamientos electrónicos que conmuta rápida y continuamente la alimentación. Esta conmutación ahorra energía pero también agrede las formas de onda eléctricas que alimentan el motor, produciendo vibraciones y ruido indeseados, además de calentamiento extra. El artículo que respalda este texto explora una nueva manera de domar esos “bordes” eléctricos sin añadir más hardware voluminoso, con la promesa de sistemas de motores más suaves, de mayor duración y con mejor aprovechamiento de la energía eléctrica.

El problema de la electricidad áspera

La electrónica de potencia moderna transforma la electricidad continua en pulsos rápidos que luego se conforman en ondas para el motor. Idealmente esas ondas serían perfectamente suaves, pero en la práctica están cargadas de ondulaciones adicionales conocidas como armónicos. En un accionamiento industrial, esos armónicos aparecen como tensiones y corrientes distorsionadas. Para el motor eso se traduce en par a tirones, mayor estrés mecánico en ejes y rodamientos, zumbidos audibles y energía desperdiciada en forma de calor. Las soluciones tradicionales incluyen filtros pasivos hechos de bobinas y condensadores, o convertidores multinivel más complejos, ambos con coste adicional, volumen y mayor complejidad de diseño.

Una forma diferente de cablear el motor

El estudio se centra en una disposición particular llamada motor de inducción con bobinado de extremo abierto. En lugar de unir las tres bobinas del estator en un punto neutro cerrado, se sacan ambos extremos de cada bobinado para su conexión. Esto permite alimentar el motor desde dos convertidores electrónicos separados, uno por cada lado. Cuando ambos son inversores convencionales de dos niveles, el motor experimenta efectivamente una tensión de tres niveles, mejorando la calidad de la energía frente a un accionamiento básico. Trabajos anteriores utilizaron este diseño de inversor dual principalmente para compartir potencia y aumentar la capacidad de tensión. El nuevo trabajo replantea los papeles de los dos inversores, transformando uno de ellos en un dispositivo activo de “limpieza”.

Que uno haga el trabajo y el otro la limpieza

En el esquema propuesto, el primer inversor realiza casi toda la entrega de potencia real al motor, usando un método de conmutación eficiente llamado modulación vectorial espacial (SVPWM) para generar la tensión trifásica principal. El segundo inversor, en lugar de alimentar su propia fuente, se construye alrededor de un condensador flotante y se controla puramente como un filtro activo en serie. La idea clave es medir lo que el inversor primario está realmente produciendo, separar la parte fundamental suave de esa tensión y considerar todo lo restante como distorsión indeseada. A continuación se manda al inversor secundario que genere una tensión que imite solo ese componente de distorsión, de modo que se sustraiga en los bornes del motor. Dado que el motor “ve” la diferencia entre los dos inversores, la distorsión del primero queda en gran medida cancelada por el segundo, dejando una tensión y corriente de fase mucho más limpias.

De la simulación a las pruebas reales

Los autores construyeron modelos informáticos detallados de un motor de inducción de cinco caballos accionado por su arreglo de inversores duales, y lo compararon con accionamientos trifásicos de tres niveles más comunes, incluido el diseño ampliamente usado con punto neutro conmutado. Luego validaron los resultados en un banco de pruebas de laboratorio con un motor real y controladores hardware. A lo largo de una amplia gama de condiciones de operación, el nuevo método redujo de forma constante la cantidad total de distorsión en la tensión de fase del motor. Por ejemplo, donde un accionamiento de extremo abierto convencional producía niveles de distorsión alrededor del 11–14 por ciento, el enfoque propuesto lo recortó aproximadamente a la mitad, hasta cerca del 5–10 por ciento según la configuración. Los armónicos de orden bajo y medio, los más responsables del rizado de par y del ruido, se suprimieron de forma especialmente eficaz.

Qué significa esto para las máquinas de cada día

Para un no especialista, el mensaje principal es que los autores han encontrado una forma de hacer que los motores industriales estándar funcionen de manera más suave sin rediseñar el motor ni añadir filtros pesados. Al reutilizar de forma inteligente uno de los dos inversores existentes como un filtro autorregulado, el esquema reduce la aspereza eléctrica en su origen. Tensiones más suaves implican operación más silenciosa, menos vibración y menor desgaste mecánico, además de mejor eficiencia y menor calentamiento. Para fábricas llenas de accionamientos de velocidad variable, tales mejoras pueden traducirse en mayor vida útil del equipo y menores costes operativos, todo ello usando los mismos componentes básicos ya presentes en los sistemas modernos de motores.

Cita: Latha, S.N., Egeriose, S.K. & Gopinathan, S. SVPWM based active filtering control of dual inverter fed open-end winding induction motor drive for harmonic mitigation. Sci Rep 16, 14480 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42127-5

Palabras clave: accionamientos de motores de inducción, reducción de armónicos, filtros activos de potencia, inversores multinivel, eficiencia del motor