Dimensionamiento de convertidores de 400 Hz: ¿qué indica realmente la potencia en kVA?
El dimensionamiento de convertidores de 400 Hz es el primer cálculo que los integradores de sistemas de radar, de misiles y navales deben resolver antes de solicitar una cotización. Las listas de cargas llegan en vatios, los convertidores se especifican en kVA y, entre ambos, están el factor de potencia, la corriente de irrupción, la simultaneidad, el equilibrio de fases y el entorno. Si se omite uno de ellos, se obtiene un armario sobredimensionado o un convertidor que se dispara en el primer arranque de un motor.
A continuación se desarrolla el cálculo de kVA de un convertidor de frecuencia a partir de la lista de cargas. Para el interior del equipo, consulte ¿Qué es un convertidor de frecuencia estático?; para el tipo de conexión y la aplicación, consulte Selección de una fuente de alimentación de 115 VAC 400 Hz. Aquí la única pregunta es: ¿cuántos kVA?
kVA frente a kW
La etapa inversora de un convertidor se diseña para una corriente dada a una tensión dada, de modo que el límite es la potencia aparente (kVA), no la potencia activa (kW). El factor de potencia relaciona ambas:
| Magnitud | Fórmula | Nota |
|---|---|---|
| Potencia aparente | S (kVA) = P (kW) / PF | Lo que carga al convertidor |
| Trifásica, estrella | I = S / (3 × V fase-neutro) | V = 115 V en un sistema de 115/200 VAC |
| Trifásica, triángulo | I = S / (√3 × V fase-fase) | V = 115 V en un sistema de 115 VAC fase-fase |
| Monofásica | I = S / V | Se compara con la capacidad propia de esa fase |
Los mismos kVA dan corrientes de línea distintas según la conexión: una carga trifásica de 4 kVA consume unos 11.6 A por fase en estrella (115 V fase-neutro) y unos 20.1 A en triángulo (115 V fase-fase).
Factor de potencia: cómo las cargas de bajo PF agrandan el convertidor
Un ejemplo con factor de potencia 0.3
Cuando el factor de potencia baja, los kVA aumentan para los mismos kW. Una carga de 1.5 kW necesita unos 1.9 kVA con un factor de potencia de 0.8, pero 5.0 kVA con 0.3. Con 0.3, el convertidor ve aproximadamente 3.3 veces la cifra en kW. La electrónica con condensadores de entrada y los motores con poca carga entran en este grupo.
Cargas capacitivas y corriente armónica
El sentido también importa. Las cargas capacitivas (en adelanto) desestabilizan algunos inversores, por lo que conviene buscar en la hoja de datos el rango de factor de potencia de la carga y el soporte de cargas capacitivas. Las cargas con rectificador consumen corriente no senoidal, lo que eleva la corriente eficaz y el calentamiento; el THD del convertidor suele indicarse con carga lineal, así que plantee este punto en la fase de cotización si su sistema está dominado por rectificadores.
Corriente de irrupción y de pico
Aunque los kVA continuos sean correctos, los picos breves exigen al convertidor:
- Arranque de motores: los motores de ventiladores, bombas y accionamientos suelen consumir varias veces su corriente nominal durante el arranque.
- Carga de condensadores: los condensadores de entrada de las cargas electrónicas consumen una corriente alta y breve en la primera energización.
- Corriente de magnetización de transformadores: los transformadores del lado de la carga pueden superar con creces la corriente nominal en los primeros ciclos (un ciclo de 400 Hz dura 2.5 ms).
Estos picos se comparan con la ventana de sobrecarga del convertidor. La hoja de datos del PowerGuard Outdoor, por ejemplo, indica 125% → 5 min, 200% → 5 s y 250% → 1 s con 0.8 PF. Si una hoja de datos no tiene tabla de duración de sobrecarga, solicítela por escrito.
La solución más económica suele ser la secuencia: arranque primero el motor más grande y después la electrónica, para que su pico no se sume al de las demás cargas.
Simultaneidad, modos de operación y equilibrio de fases
No todas las cargas funcionan siempre a plena potencia al mismo tiempo. Enumere los modos de operación (espera, misión, mantenimiento/prueba), sume los kVA de cada uno y dimensione para el más exigente. En los bancos de pruebas de radar todas las cargas suelen funcionar juntas, por lo que el factor de simultaneidad es 1.
Con cargas monofásicas de 400 Hz en una salida trifásica, la fase más cargada fija el límite. Una salida de 6 kVA tiene unos 2 kVA por fase; si dos de tres cargas monofásicas de 1.5 kVA se conectan a la misma fase, esta ve 3 kVA y queda sobrecargada aunque el total sea solo de 4.5 kVA.
Entorno: temperatura, altitud y cableado
La potencia nominal de un convertidor es válida dentro de los límites de temperatura y altitud de su hoja de datos. El aire dentro de un shelter puede estar más caliente que el exterior; fuera de los límites, solicite una curva de reducción de potencia. Como referencia, el PowerGuard Outdoor está especificado para −32 a +55 °C y 3000 m, y el convertidor de frecuencia estático de 400 Hz PowerGuard 115/200 VAC para −30 a +50 °C y 3000 m.
El cableado tiene un efecto propio de los 400 Hz: la reactancia es proporcional a la frecuencia, de modo que un cable tiene a 400 Hz ocho veces la reactancia inductiva que a 50 Hz. Los tramos largos pierden más tensión, por lo que situar el convertidor cerca de la carga forma parte del dimensionamiento.
Ejemplo práctico: banco de mantenimiento y pruebas de radar
Son cifras genéricas para mostrar el método, no datos de un proyecto. Tres cargas esperan 115 VAC fase-fase (triángulo) trifásica a 400 Hz y todas funcionan juntas durante las pruebas:
| Carga | Potencia (kW) | Factor de potencia | kVA | Arranque |
|---|---|---|---|---|
| A — Fuente de alimentación del transmisor y del procesador | 2.1 | 0.70 | 3.0 | Breve carga de condensadores |
| B — Motor del ventilador de refrigeración | 0.8 | 0.80 | 1.0 | 4.0 kVA durante ≈1 s en este ejemplo |
| C — Electrónica de pantalla, control y referencia | 0.9 | 0.60 | 1.5 | — |
| Total | 3.8 | ≈0.69 | 5.5 |
- 1.Carga continua: 5.5 kVA. La corriente de línea a 115 V en triángulo es de unos 27.6 A.
- 2.Margen de crecimiento: 25% en este ejemplo → unos 6.9 kVA.
- 3.Comprobación de pico: si B arranca mientras A y C funcionan, el total breve es 3.0 + 1.5 + 4.0 = 8.5 kVA. Si B arranca primero, el pico se queda en 4.0 kVA.
Cómo trasladar el resultado a los productos
- PowerGuard 115/200 VAC Static (8 kVA): los 6.9 kVA con margen caben en 8 kVA, con la salida configurada en triángulo a 115 VAC 400 Hz. El pico de 8.5 kVA supera la potencia nominal: arranque primero el ventilador o confirme con el fabricante la capacidad de sobrecarga de corta duración. La hoja de datos indica un factor de potencia de salida mín. 0.85 en estrella y mín. 0.80 en triángulo; con el ejemplo en ≈0.69, la forma en que se aplica la potencia nominal se aclara en la fase de cotización. El tiempo hasta el régimen estable es de 200 ms.
- PowerGuard Outdoor (12 kVA con 0.8 PF): las cargas de 400 Hz van en dos salidas trifásicas de 4 kVA cada una (KN7, KN8). A y B juntas llenarían una salida con 4.0 kVA sin margen, así que A ocupa una (3.0 kVA) y B y C la otra (2.5 kVA). Las cifras de sobrecarga son para el equipo, por lo que conviene preguntar por la capacidad de pico por salida para el arranque de B.
- Sistema transformador convertidor de frecuencia AC-AC (12 kVA): para cargas en triángulo en una plataforma que requiere supervisión por CAN-Bus, el mismo reparto usa sus dos salidas de 115 VAC 400 Hz fase-fase (triángulo). Los 12 kVA se comparten entre las siete salidas, así que las cargas de 60 Hz también cuentan.
- PowerGuard TPS-115 (600 VA): demasiado pequeño en este caso; solo la carga C supera los 600 VA. Es adecuado para electrónica de misión embarcada en vehículos que necesita unos cientos de VA a 400 Hz más 3 × 28 VDC aislados (600 W en total).
Para cargas de bajo factor de potencia que requieren alimentación ininterrumpida en el lado de 60 Hz, el sistema UPS militar MIL-UPS-2K3 entrega 115 VAC 60 Hz de onda senoidal pura, tiene una potencia nominal de 2.3 kVA, admite cargas capacitivas hasta un factor de potencia de 0.3 y ofrece 30 minutos de respaldo con una carga de 2 kW. Un UPS no produce 400 Hz; las cargas de 400 Hz se alimentan desde el convertidor.
Qué incluir en la especificación
Para que las cotizaciones sean comparables, la especificación debe indicar con cifras:
- kW, factor de potencia (inductivo/capacitivo) y número de fases de cada carga
- Tipo de conexión: estrella (115 VAC fase-neutro) o triángulo (115 VAC fase-fase)
- Modos de operación y las cargas simultáneas de cada uno
- Mayor corriente de irrupción, su duración y la secuencia de arranque
- Asignación de fases de las cargas monofásicas
- Temperatura, altitud y longitud de cable en el punto de instalación
- Margen de crecimiento requerido y número de salidas del convertidor
Todas las opciones: convertidores de frecuencia militares.
Fabricante de convertidores de frecuencia de 400 Hz en Türkiye: TEDEG Defence
TEDEG Defence, con sede en Ankara, diseña y fabrica convertidores de frecuencia de 400 Hz para sistemas terrestres, navales y de radar.
| Perfil | Datos |
|---|---|
| Empresa | TEDEG Defence Industry A.Ş. |
| Sede | Ankara |
| Fundación | 2023 |
| Registros y certificados | ISO 9001, EYDEP |
| Pertenencia a clústeres | OSSA, SAHA Istanbul |
Los productos de 400 Hz de este artículo:
- PowerGuard 115/200 VAC 400 Hz Static: 8 kVA; 115–220 VAC variable, 60–400 Hz a partir de una entrada trifásica de 360–440 VAC; 115 VAC 400 Hz en estrella o triángulo.
- PowerGuard Outdoor: 12 kVA (0.8 PF), salidas aisladas de 2 × 4 kVA a 400 Hz y 5 × 60 Hz.
- PowerGuard TPS-115: 115 VAC 400 Hz trifásica 600 VA + 3 × 28 VDC aislados; −40 a +55 °C.
Consulte Certificaciones y calidad y el catálogo de productos.
Preguntas frecuentes
¿Cómo se convierten kW en kVA para una carga de 400 Hz?
kVA = kW / factor de potencia. Una carga que consume 2.1 kW con un factor de potencia de 0.70 necesita 3.0 kVA. Si no se conoce, solicítelo al fabricante de la carga.
¿Qué tamaño de convertidor necesita una carga con factor de potencia 0.3?
La potencia aparente es unas 3.3 veces la cifra en kW: una carga de 1.5 kW necesita 5.0 kVA. Confirme además, en la hoja de datos o con el fabricante, que el convertidor es estable con cargas capacitivas y a qué factor de potencia se define su potencia nominal.
¿Cuánto margen debo dejar para el arranque de motores?
Compare el pico de arranque (kVA y duración) con la ventana de sobrecarga del convertidor en lugar de usar un porcentaje fijo. Si la supera, pruebe el arranque secuencial, después un arrancador suave y, por último, un convertidor mayor.
¿Cómo se reparten las cargas monofásicas de 400 Hz en un convertidor trifásico?
Cada fase soporta aproximadamente un tercio de la capacidad de salida; reparta las cargas por kVA para que la fase más cargada no supere ese valor.
Conclusión
El dimensionamiento de convertidores de 400 Hz se reduce a cuatro preguntas: ¿cuáles son los kVA continuos incluido el factor de potencia?, ¿qué tamaño y duración tiene el mayor pico?, ¿cómo se reparten las cargas entre fases y salidas? y ¿en qué entorno trabajará el equipo? Escritas en la especificación con cifras, hacen comparables las cotizaciones.
Envíe su lista de cargas mediante el formulario de cotización o contacte con nuestros ingenieros; revisaremos el dimensionamiento con usted.
Ejemplo de campo: para una aplicación en la que las cargas de bajo factor de potencia se resolvieron con un UPS y un convertidor de frecuencia juntos, consulte el caso de éxito de sistemas de misiles y radar.
