Que son los variadores de velocidad
Introducción
El motor de inducción con rotor tipo jaula de ardilla, es el tipo de accionamiento más común en todo tipo de aplicaciones industriales y el que abarca un margen de potencias mayor.
Y pesar de ser un motor con buenas características, tiene el inconveniente de ser un motor rígido en cuanto a su velocidad.
Una gran parte de los equipos o máquinas utilizados en la industria moderna funcionan a velocidades variables.
Hay procesos en los que se requiere un control preciso de la velocidad para lograr una adecuada productividad, una buena terminación del producto elaborado, o garantizar la seguridad.
El método más eficiente de controlar la velocidad de un motor eléctrico es por medio de un variador electrónico de frecuencia.
El motor de inducción con rotor tipo jaula de ardilla, es el tipo de accionamiento más común en todo tipo de aplicaciones industriales y el que abarca un margen de potencias mayor.
Y pesar de ser un motor con buenas características, tiene el inconveniente de ser un motor rígido en cuanto a su velocidad.
Una gran parte de los equipos o máquinas utilizados en la industria moderna funcionan a velocidades variables.
Hay procesos en los que se requiere un control preciso de la velocidad para lograr una adecuada productividad, una buena terminación del producto elaborado, o garantizar la seguridad.
El método más eficiente de controlar la velocidad de un motor eléctrico es por medio de un variador electrónico de frecuencia.
El variador de velocidad
Iniciaremos este artículo, sobre los variadores de frecuencia, también conocidos como variador de velocidad, driver de frecuencia ajustable o inversores, con un resumen sobre lo que concretamente se obtiene al utilizarlo.
El variador de frecuencia es un dispositivo electrónico de precisión, específicamente diseñado y utilizado para controlar la velocidad de los motores de inducción de corriente alterna, sin afectar el consumo eléctrico, par motor, impedancia, flujo magnético, etc. del motor.
Para controlar la velocidad, el variador de frecuencia regula la frecuencia de alimentación al motor, y ajustando además el voltaje aplicado, para mantener la relación del par motor
El variador de frecuencia también tiene la capacidad de controlar la aceleración y la desaceleración del motor durante el arranque o la parada.
El variador integra una interfaz de operador para recibir los comandos del control de velocidad.
Iniciaremos este artículo, sobre los variadores de frecuencia, también conocidos como variador de velocidad, driver de frecuencia ajustable o inversores, con un resumen sobre lo que concretamente se obtiene al utilizarlo.
El variador de frecuencia es un dispositivo electrónico de precisión, específicamente diseñado y utilizado para controlar la velocidad de los motores de inducción de corriente alterna, sin afectar el consumo eléctrico, par motor, impedancia, flujo magnético, etc. del motor.
Para controlar la velocidad, el variador de frecuencia regula la frecuencia de alimentación al motor, y ajustando además el voltaje aplicado, para mantener la relación del par motor
El variador de frecuencia también tiene la capacidad de controlar la aceleración y la desaceleración del motor durante el arranque o la parada.
Las aplicaciones
Estos equipos, tienen una amplia gama de aplicaciones en la industria como en ventiladores, molinos, bombas, agitadores y mezcladoras
Es importante mencionar que un variador de frecuencia también puede funcionar como un arrancador suave, permitiendo evitar las corrientes de pico que se alcanzan en los bobinados de un motor eléctrico, durante la fase de arranque
Estos equipos, tienen una amplia gama de aplicaciones en la industria como en ventiladores, molinos, bombas, agitadores y mezcladoras
Es importante mencionar que un variador de frecuencia también puede funcionar como un arrancador suave, permitiendo evitar las corrientes de pico que se alcanzan en los bobinados de un motor eléctrico, durante la fase de arranque
Usos para los inversores
los variadores de velocidad se utilizan cuando en la aplicación:
- Se requiere dominio de par y velocidad
- Se ecesita de regulación para amortiguar los golpes mecánicos
- Existen movimientos complejos en la operación
- Se utiliza maquinaria con mecánica delicada
También la instalación de un convertidor de frecuencia como método de ahorro energético, implica principalmente reducción en el consumo eléctrico, gasto mínimo para el mantenimiento
los variadores de velocidad se utilizan cuando en la aplicación:
- Se requiere dominio de par y velocidad
- Se ecesita de regulación para amortiguar los golpes mecánicos
- Existen movimientos complejos en la operación
- Se utiliza maquinaria con mecánica delicada
También la instalación de un convertidor de frecuencia como método de ahorro energético, implica principalmente reducción en el consumo eléctrico, gasto mínimo para el mantenimiento
Principio de funcionamiento
Los dispositivos variadores de frecuencia operan bajo el principio de que la velocidad síncrona de un motor de corriente alterna (ca) está determinada por la frecuencia de ca suministrada y el número de polos en el estátor.
De acuerdo a la siguiente relación
Donde
rpm = revoluciones por minuto
f = frecuencia de suministro (en hertz)
p = número de polos
Calculo de la frecuencia de un motor de inducción de corriente alterna
El uso de un variador de frecuencia lleva implícitas las siguientes ventajas importantes:
- Protección contra sobreintensidades, especialmente útil en el control de motores con alta inercia de la carga.
- El par constante asegura una gama más amplia de control de la velocidad, lo que permite un control eficiente de la energía en toda la gama.
- Actúa como una barrera entre todas las perturbaciones de voltaje de entrada como armónicos, ondulaciones, caídas, sobretensiones, etc., y las obstruye para que no entren en el motor
Los dispositivos variadores de frecuencia operan bajo el principio de que la velocidad síncrona de un motor de corriente alterna (ca) está determinada por la frecuencia de ca suministrada y el número de polos en el estátor.
De acuerdo a la siguiente relación
Donde
rpm = revoluciones por minuto
f = frecuencia de suministro (en hertz)
p = número de polos
Calculo de la frecuencia de un motor de inducción de corriente alterna
El uso de un variador de frecuencia lleva implícitas las siguientes ventajas importantes:
- Protección contra sobreintensidades, especialmente útil en el control de motores con alta inercia de la carga.
- El par constante asegura una gama más amplia de control de la velocidad, lo que permite un control eficiente de la energía en toda la gama.
- Actúa como una barrera entre todas las perturbaciones de voltaje de entrada como armónicos, ondulaciones, caídas, sobretensiones, etc., y las obstruye para que no entren en el motor
El ajuste de velocidad
El variador de velocidad recibe una señal de entrada como referencia, ya sea análoga o digital, que se encarga de indicarle qué valor de frecuencia debe liberar hacia el motor eléctrico.
La señal de entrada puede porvenir de:
- Potenciómetros
- Sensores analógicos o digitales
- Accionadores discretos (pulsadores)
En su parte constructiva el variador de velocidad es constituido por las siguientes secciones bien definidas en su función:
• El circuito rectificador. recibe la tensión alterna y la convierte
en corriente continua por medio de un puente rectificador de
diodos o tiristores.
• El circuito intermedio. Que consiste en un circuito L C , cuya función principal es suavizar el rizado de la tensión rectificada.
• El circuito inversor. convierte el voltaje de corriente continua del circuito intermedio, en uno de tensión y frecuencia variable mediante la generación de pulsos.
El chopper de frenado. Que conecta, cuando se aplica, la resistencia externa de frenado con el circuito intermedio
• El Circuito de control. Que manipula el encendido y apagado de los igbt para generar los pulsos de tensión y frecuencia variables.
Además, realiza las funciones de supervisión de funcionamiento monitoreando la corriente, voltaje, temperatura, etc.
Casi todos los variadores utilizan la modulación pwm
Algunos de los factores a tener en cuenta a la hora de dimensionar y comprar un variador de frecuencia son:
- Amperaje nominal del variador de frecuencia
- Cantidad de motores eléctricos que se van a conectar al variador
- Límites o rangos de regulación de la velocidad y/o el voltaje
- Progresividad o flexibilidad de regulación.
- Estabilidad de funcionamiento a una velocidad especifica
- Sentido de la regulación (aumento o disminución con respecto a la velocidad nominal).
- Carga admisible a las diferentes velocidades.
- Condiciones de arranque y frenado.
- Condiciones ambientales (temperatura, humedad, etc.)
- Características operativas del motor
El variador de velocidad recibe una señal de entrada como referencia, ya sea análoga o digital, que se encarga de indicarle qué valor de frecuencia debe liberar hacia el motor eléctrico.
La señal de entrada puede porvenir de:
- Potenciómetros
- Sensores analógicos o digitales
- Accionadores discretos (pulsadores)
En su parte constructiva el variador de velocidad es constituido por las siguientes secciones bien definidas en su función:
• El circuito rectificador. recibe la tensión alterna y la convierte
en corriente continua por medio de un puente rectificador de
diodos o tiristores.
• El circuito intermedio. Que consiste en un circuito L C , cuya función principal es suavizar el rizado de la tensión rectificada.
• El circuito inversor. convierte el voltaje de corriente continua del circuito intermedio, en uno de tensión y frecuencia variable mediante la generación de pulsos.
El chopper de frenado. Que conecta, cuando se aplica, la resistencia externa de frenado con el circuito intermedio
Además, realiza las funciones de supervisión de funcionamiento monitoreando la corriente, voltaje, temperatura, etc.
Casi todos los variadores utilizan la modulación pwm
Algunos de los factores a tener en cuenta a la hora de dimensionar y comprar un variador de frecuencia son:
- Amperaje nominal del variador de frecuencia
- Cantidad de motores eléctricos que se van a conectar al variador
- Límites o rangos de regulación de la velocidad y/o el voltaje
- Progresividad o flexibilidad de regulación.
- Estabilidad de funcionamiento a una velocidad especifica
- Sentido de la regulación (aumento o disminución con respecto a la velocidad nominal).
- Carga admisible a las diferentes velocidades.
- Condiciones de arranque y frenado.
- Condiciones ambientales (temperatura, humedad, etc.)
- Características operativas del motor
Ventajas
- Posibilidad de regular la velocidad del motor según las necesidades del proceso en el cual esté involucrado.
- Mayor vida útil del motor gracias a la aceleración y desaceleración suavizados
- Posibilidades de realizar arranques suaves de motores en variadores que tengan esa característica.
- Control del torque del motor en todo el rango de velocidades del motor
- Ahorro energético notable
- Ahorro en el costo del mantenimiento
- Se mejora la calidad del producto
- Factor de potencia unitario.
- La capacidad de by-pass ante fallos del variador.
- Protección integrada para el motor.
- Maneja función de marcha paso a paso
- Puede controlarse directamente desde un plc
- No tiene elementos móviles, ni contactos.
- El cableado necesario es fácil de hacer
- Posibilidad de regular la velocidad del motor según las necesidades del proceso en el cual esté involucrado.
- Mayor vida útil del motor gracias a la aceleración y desaceleración suavizados
- Posibilidades de realizar arranques suaves de motores en variadores que tengan esa característica.
- Control del torque del motor en todo el rango de velocidades del motor
- Ahorro energético notable
- Ahorro en el costo del mantenimiento
- Se mejora la calidad del producto
- Factor de potencia unitario.
- La capacidad de by-pass ante fallos del variador.
- Protección integrada para el motor.
- Maneja función de marcha paso a paso
- Puede controlarse directamente desde un plc
- No tiene elementos móviles, ni contactos.
- El cableado necesario es fácil de hacer
Desventajas
· Para aplicaciones sencillas puede suponer mayor inversión, que un sistema tradicional de arranque por contactores
· Las fallas del variador, no se pueden reparar en campo. (hay que enviarlos con el fabricante o con el servicio técnico).
- · Son equipos caros, aunque amortizables con los ahorros energéticos obtenidos por su utilización y en el mejoramiento de la calidad del producto
- · Se requiere personal entrenado para su uso y programación o apoyo externo
- · Genera ruidos e interferencias en la red eléctrica, que podrían
afectar otros elementos electrónicos cercanos.
- · Es necesario entender plenamente las especificaciones del fabricante para utilizarlos en la forma más eficiente
· Para aplicaciones sencillas puede suponer mayor inversión, que un sistema tradicional de arranque por contactores
· Las fallas del variador, no se pueden reparar en campo. (hay que enviarlos con el fabricante o con el servicio técnico).
- · Son equipos caros, aunque amortizables con los ahorros energéticos obtenidos por su utilización y en el mejoramiento de la calidad del producto
- · Se requiere personal entrenado para su uso y programación o apoyo externo
- · Genera ruidos e interferencias en la red eléctrica, que podrían
afectar otros elementos electrónicos cercanos.
- · Es necesario entender plenamente las especificaciones del fabricante para utilizarlos en la forma más eficiente
Conclusión
Los variadores de frecuencia son un componente necesario en el control de motores en los sistemas de producción industrial, por:
- · Ahorrar energía y mejorar la eficiencia del sistema
- · Adaptar la velocidad, el par o la potencia de un accionamiento a los requisitos del proceso
- · Mejorar los niveles de ruido, por ejemplo, de ventiladores y bombas
- · Reducir el estrés mecánico en las máquinas para prolongar su vida útil
- · Disminuir el consumo máximo de la red eléctrica para evitar los precios de demanda máxima
Artículo creado y editado por Los sistemas de control
Monterrey, Mexico, Febrero 2023
Los variadores de frecuencia son un componente necesario en el control de motores en los sistemas de producción industrial, por:
- · Ahorrar energía y mejorar la eficiencia del sistema
- · Adaptar la velocidad, el par o la potencia de un accionamiento a los requisitos del proceso
- · Mejorar los niveles de ruido, por ejemplo, de ventiladores y bombas
- · Reducir el estrés mecánico en las máquinas para prolongar su vida útil
- · Disminuir el consumo máximo de la red eléctrica para evitar los precios de demanda máxima
Artículo creado y editado por Los sistemas de control
No hay comentarios:
Publicar un comentario
Gracias por enviarnos tus comentarios