Combatre els pics de potència: com els inversors eliminen les puntes d'arrencada dels aparells d'aire condicionat de velocitat fixa

Els llums s'atenuen un moment, el router es reinicia i el rellotge digital del microones perd l'hora. Aquestes petites pertorbacions domèstiques comparteixen una única causa: un compressor d'aire condicionat que arrenca sota la tensió de xarxa completa. El corrent d'arrencada elevat dels aparells d'aire condicionat de velocitat fixa estàndard és un dels perills elèctrics més infravalorats a les llars europees, i s'escala amb la capacitat de refrigeració de maneres que agafen desprevinguts instal·ladors i propietaris.

El problema no és que el corrent es mantingui. El pic dura entre mig segon i tres segons, i el compressor s'estabilitza després en el seu consum de funcionament normal. Però en aquells primers moments, una unitat portàtil de mida modesta pot demanar vint o més amperes d'un circuit dimensionat per a setze —i les conseqüències per al cablejat, la protecció del circuit i els subministraments de generadors compartits són concretes i evitables.

Què són els amperes de rotor bloquejat en un compressor d'aire condicionat de velocitat fixa?

Els amperes de rotor bloquejat (LRA) són el corrent que un motor d'inducció absorbeix en l'instant de l'energització, abans que el rotor comenci a girar. Com que un rotor immòbil presenta una impedància gairebé nul·la al subministrament, el corrent està limitat únicament per la resistència de bobinat i la reactància del circuit del motor. Per a un aparell d'aire condicionat portàtil de velocitat fixa típic de 9.000 BTU, els LRA arriben de 15 a 25 amperes davant d'una càrrega de funcionament estable de 4 a 5 amperes.

La relació LRA / FLA (amperes a plena càrrega) per a un motor d'inducció PSC estàndard (condensador permanent de fase dividida —el tipus de motor de compressor dominant a les unitats portàtils de velocitat fixa) és típicament de 4:1 a 7:1 i està gravada a la placa de característiques del motor. El condensador en un disseny PSC crea un corrent de bobinat desfasat que ajuda a l'arrencada, però la reducció resultant dels LRA és modesta: potser un 20 a 30 per cent per sota del que absorbiria un motor d'inducció monofàsic simple, deixant encara un pic substancial.

La durada importa tant com la magnitud. Els LRA persisteixen fins que el motor accelera fins a aproximadament el 75 a 80 per cent de la velocitat síncrona, cosa que triga de 0,5 a 2 segons en condicions de càrrega normals. Si el compressor torna a arrencar contra la pressió de refrigerant residual —un escenari habitual quan un termòstat apaga la unitat i immediatament la torna a engegar— la càrrega és més alta, l'arrencada triga més i la durada dels LRA s'allarga. Les normes elèctriques europees (IEC 60364) recomanen com a mínim tres minuts entre l'aturada i el reinici del compressor per permetre l'equalització de pressió.

Per què el corrent d'arrencada elevat causa problemes a les llars europees?

Un pic de LRA de 20 amperes en un circuit de 16A produeix una caiguda de tensió del 5 al 15 per cent que dura de 0,5 a 2 segons —suficient per atenuar els llums, reiniciar rellotges digitals i desestabilitzar l'electrònica propera. En circuits compartits o amb trams de cablejat d'alta impedància, l'arrencada repetida pot provocar dispars de sobrecàrrega amb retard temporitzat encara que el corrent de funcionament es mantingui ben dins de la capacitat del circuit.

La magnitud de la caiguda de tensió depèn de la impedància de la font del subministrament: en edificis europeus antics amb trams de cable llargs i seccions de cable més petites, els mateixos LRA produeixen una caiguda de tensió més gran que en una instal·lació moderna amb cablejat curt i ben dimensionat. Les propietats rurals connectades mitjançant llargues línies de distribució aèria poden experimentar caigudes de tensió del 10 al 20 per cent en arrencar el compressor —suficient per activar la protecció de subtensió en equips electrònics sensibles.

Per als propietaris que fan funcionar aires condicionats portàtils des d'endolls de jardí compartits, allargadors de bobina o circuits exteriors dimensionats per a un corrent continu inferior al de l'anell principal, els LRA són un perill de dispar real. Les unitats portàtils sovint es connecten mitjançant allargadors llargs de 13A o 16A que afegeixen una resistència en sèrie apreciable, fent que la impedància efectiva del circuit sigui substancialment més alta que la del cablejat fix sol.

Corbes de dispar dels MCB: per què el Tipus B falla i el Tipus C és el mínim

Un interruptor automàtic miniatura (MCB) de Tipus B es dispara instantàniament a 3 a 5 vegades el seu corrent nominal. Per a un interruptor de Tipus B de 10A, qualsevol corrent superior a 30 a 50 amperes el dispara immediatament. Un esdeveniment de LRA de 20A queda per sota d'aquest llindar, de manera que un Tipus B de 10A normalment sobreviurà a l'arrencada —però només just, i el marge desapareix a mesura que la unitat envelleix i els LRA augmenten amb els coixinets desgastats. Un MCB de Tipus C (dimensionat per a un dispar instantani a 5 a 10 vegades el corrent nominal) és l'especificació correcta per a qualsevol circuit que alimenti una càrrega de compressor de velocitat fixa, proporcionant una tolerància d'inrush adequada sense sobreprotegir el cablejat. El Tipus D (10 a 20 vegades) es reserva per a aplicacions de motors industrials i proporciona massa poca protecció per al cable mateix.

Com eliminen els compressors inverter el pic de corrent d'arrencada?

Els compressors inverter utilitzen electrònica d'accionament de freqüència variable per arrencar el motor a una velocitat gairebé nul·la, augmentant gradualment durant dos a cinc segons. Com que el rotor sempre està girant abans que s'apliqui la tensió de subministrament completa, no es produeix cap condició de rotor bloquejat. El corrent d'arrencada es manté dins d'1,5 a 2 vegades la càrrega de funcionament —davant de 4 a 7 vegades per als dissenys de velocitat fixa— eliminant completament el pic.

L'electrònica d'accionament aconsegueix això mitjançant la modulació per amplada de pols (PWM —una tècnica que commuta ràpidament la tensió de CC per simular una freqüència de CA variable, controlant la velocitat del motor sense reguladors mecànics). En arrencar, la sortida PWM té una freqüència i tensió baixes; a mesura que el compressor accelera, la freqüència i la tensió augmenten juntes seguint una corba de volts-per-hertz preprogramada, mantenint el motor dins del seu rang de flux dissenyat durant tota l'acceleració.

El resultat pràctic és que un aire condicionat portàtil inverter pot arrencar des d'un MCB dimensionat al corrent de funcionament de la unitat, en lloc de requerir el sobredimensionament d'1,5 a 2x que exigeixen els compressors de velocitat fixa. En un circuit ja carregat prop de la seva capacitat, aquesta diferència determina si la unitat pot arrencar en absolut.

Les xifres del generador de la taula assumeixen un generador inverter estàndard amb una distorsió harmònica total inferior al 3 per cent, que és segura per a l'electrònica i els accionaments d'aire condicionat inverter. Els generadors AVR convencionals amb THD més alt (distorsió harmònica total —una mesura de la impuresa de la forma d'ona que estressa les fonts d'alimentació de commutació) poden necessitar una capacitat nominal lleugerament més alta per gestionar les càrregues d'accionament electrònic dels aires condicionats inverter.

Com es dimensiona correctament la protecció del circuit i els generadors per als aires condicionats portàtils?

Per a un aire condicionat portàtil de velocitat fixa de 9.000 BTU amb LRA de 20 amperes, un interruptor automàtic miniatura de Tipus C dimensionat a 10 amperes proporciona una tolerància d'inrush adequada: el pic de LRA és 2 vegades el valor del MCB, ben dins del llindar de dispar instantani del Tipus C de 5 a 10 vegades. Un generador s'hauria de dimensionar a 2,5 a 3,5 vegades la potència de funcionament de la unitat; per a una unitat de 880 W, això significa un generador mínim de 2,2 a 3,1 kVA.

Per a un aire condicionat portàtil inverter, el càlcul es simplifica dràsticament. Sense esdeveniment de LRA, el generador només necessita gestionar el consum continu màxim —típicament de 750 a 950 W per a una unitat inverter de 9.000 BTU. Un generador inverter d'1,5 kVA és suficient i farà funcionar la unitat fins i tot en funcionament a càrrega parcial on l'inverter absorbeix només 400 a 600 W. Les llars amb sistemes solars més bateria també se'n beneficien: l'augment suau de corrent de l'accionament inverter permet que un inversor de bateria arrenqui l'aire condicionat sense el dispar de potència màxima que les unitats de velocitat fixa provoquen habitualment.

1. Comproveu la xifra de LRA a la placa de característiques o la fitxa tècnica de la unitat abans de seleccionar el valor del MCB.
2. Utilitzeu MCB de Tipus C (no Tipus B) per als circuits que alimenten qualsevol compressor d'aire condicionat.
3. Per a unitats de velocitat fixa en circuits per sota de 16A, verifiqueu que la secció del cable pugui suportar l'augment de temperatura dels LRA durant dos segons sense superar el seu valor d'aïllament.
4. En dimensionar un generador de reserva, utilitzeu 3× els watts de funcionament per a unitats de velocitat fixa i 1,5× per a unitats inverter.
5. Permeteu com a mínim tres minuts entre l'aturada i el reinici del compressor per equalitzar la pressió del refrigerant i reduir la càrrega d'arrencada.

En els fils de la comunitat r/hvac, els electricistes i els tècnics d'HVAC informen de manera constant que els dispars molests de MCB en circuits d'aire condicionat portàtil són causats gairebé sempre per LRA elevats en unitats de velocitat fixa combinats amb un cablejat de circuit marginalment adequat —situacions que mai sorgeixen amb unitats inverter en circuits correctament dimensionats.

El cas límit: reequipament d'arrencador suau per a unitats de velocitat fixa existents

Els mòduls d'arrencador suau electrònics —dispositius endollables que insereixen un breu període de reducció de tensió a l'arrencada mitjançant un circuit de tiristors— es poden reequipar als aires condicionats portàtils de velocitat fixa per reduir els LRA en un 40 a 60 per cent. Els dispositius dissenyats per a càrregues de compressor monofàsic costen de 50 a 150 € i estan disponibles a través de majoristes elèctrics d'arreu d'Europa. Són particularment útils en dos escenaris: fer funcionar un portàtil de velocitat fixa des d'un generador on els LRA complets aturarien l'alternador, o en edificis d'apartaments antics on el propietari no permetrà un circuit dedicat però l'endoll compartit existent experimenta dispars molests en arrencar. La limitació és que els arrencadors suaus afegeixen una petita impedància en sèrie que augmenta lleugerament la temperatura del corrent de funcionament i afegeixen un component més que pot fallar —en una unitat inverter moderna, la necessitat d'un dispositiu de reequipament desapareix completament.

Les unitats split mòbils amb compressors inverter —la classe Midea PortaSplit— combinen l'avantatge del corrent d'arrencada amb una pèrdua d'infiltració nul·la i un rebuig de calor exterior dedicat, abordant tres penalitzacions d'eficiència separades simultàniament. Durant les onades de calor europees, aquestes unitats són dels primers productes de refrigeració portàtil a esgotar-se.