Un variador de frecuencia es un controlador para motores eléctricos comúnmente usado en sistemas de accionamiento electromecánico cuya misión es regular la velocidad y el par del motor de corriente alterna, variando la frecuencia de entrada del motor y controlando los correspondientes cambios de tensión o corriente en función de la topología. La selección de variadores de frecuencia es un aspecto fundamental en la regulación de la velocidad de frecuencia variable, el ahorro de energía y las funciones de protección.
A continuación explicaremos qué aspectos son esenciales para la selección de variadores de frecuencia:
Contenido
Por norma general, se debe hacer la selección de variadores de frecuencia en función del tipo de objetos controlados, el rango de regulación de la velocidad, la precisión de la velocidad estática y los requisitos de par de arranque, etc., para que sea útil, económico y cumpla con los requisitos del proceso y la producción.
Como paso previo a la selección de variadores de frecuencia, es importante reunir la información básica de la placa del motor para elegir el VFD adecuado y que se muestra a continuación:
La información adicional se determinará en función de los requisitos del sistema y aplicación.
Una vez se disponga de la información de la placa característica del motor y de cómo se quiere instalar y controlar el variador de frecuencia, es el momento de conocer algunas especificaciones importantes de cada variador de frecuencia que pueden ayudar a decidir cuál se ajusta mejor a las necesidades. En Ultatek somos distribuidores autorizados de variadores de frecuencia TOSHIBA, contacta ahora con uno de nuestros asesores para que te den soporte sobre la selección del variador de frecuencia adecuado según las características de carga de tu aplicación.
Los amperios a plena carga se utilizan para determinar el tamaño del variador. El FLA de un motor debe coincidir con el valor nominal de corriente del variador de frecuencia a escoger. Además, se puede adquirir un variador de frecuencia con un valor nominal de corriente superior al que requiere el motor como medida de seguridad, lo que proporcionará un pequeño margen para la aplicación. Esto es especialmente importante cuando se tiene una carga de alta inercia, o una carga que es difícil de arrancar. Un valor nominal de corriente sobredimensionado del variador de frecuencia permitirá funcionar mejor y ser más fiable a largo plazo, ya que no está funcionando a la capacidad máxima del variador de frecuencia.
Conocer la carga o los caballos de fuerza del motor es una buena forma de reducir las opciones para que se ajusten a una aplicación, pero no debe utilizarse como referencia directa para determinar el variador de frecuencia. Debido a las variables de los requisitos de la carga, como las RPM, es probable que el dimensionamiento de un variador de frecuencia basado únicamente en los HP pueda causar problemas.
En el caso de una entrada trifásica, es fundamental adaptar la tensión del variador de frecuencia y del motor a la tensión disponible en el campo. Normalmente se trata de 220/230 VCA para aplicaciones de baja tensión. Para una entrada monofásica, hay que tener en cuenta que en el caso de tener un motor trifásico, pero sólo energía monofásica, el variador de frecuencia puede actuar como un convertidor de fase. Si la carga es de 3 CV o menos, hay varios variadores de entrada monofásica que pueden valer. Como regla general, se debe multiplicar el FLA del motor por 2 y seleccionar un variador de frecuencia con un valor nominal del doble del FLA del motor.
También es útil utilizar una reactancia de línea cuando se aplica una potencia de entrada monofásica al variador. Esto se debe a que los variadores de frecuencia pueden contaminar la energía. Cuando se utilizan como convertidores de fase, son aún más contaminantes para la calidad de la energía.
Conocer el perfil de la carga (rango de velocidad, par, y potencia) es esencial a la hora de seleccionar un motor y los variadores de frecuencia adecuados para la aplicación. En general, las cargas pueden agruparse en cinco categorías y el tamaño de la carga, la velocidad requerida y la aceleración/desaceleración definirán el par y la potencia requerida.
Cargas de par constante: Con las cargas de par constante, el par no es una función de la velocidad. A medida que cambia la velocidad, el par permanece constante y los caballos de fuerza cambian linealmente con la velocidad. Las cargas de par constante hacen que los motores consuman una corriente relativamente alta a bajas velocidades en comparación con las aplicaciones de par variable. Para este tipo de uso, el variador de frecuencia debe ser capaz de proporcionar un alto par de arranque (1,5 veces o más el índice nominal) para superar la fricción estática y la inercia de la carga. Para mantener un par constante, que está directamente relacionado con la corriente, la tensión que va del VFD al motor se incrementa a medida que aumenta la velocidad.
Cargas de par variable: Estas cargas requieren un par mucho menor a bajas velocidades y el par aumenta rápidamente a altas velocidades. A medida que el motor gira más rápido, la carga en el motor aumenta. Este tipo de cargas se representa aproximadamente suponiendo que el par de carga requerido es proporcional al cuadrado de la velocidad. Normalmente, a medida que la velocidad disminuye, el par disminuye con el cuadrado de la velocidad y la potencia disminuye con el cubo de la velocidad. Las cargas de par variable incluyen las bombas centrífugas, ventiladores y sopladores. Cuanto más rápido gire el motor más corriente consume el variador de frecuencia para proporcionar el par demandado.
Cargas de potencia constante: Para algunas máquinas, el par requerido disminuye a medida que aumenta la velocidad. Este se aplica especialmente a la potencia constante cuando el motor proporciona un par que es inversamente proporcional a la velocidad del motor. Con estas cargas, la potencia es constante, por lo que rara vez se producirá un ahorro de energía cuando se reduce la velocidad. Para cargas de potencia constante, el par es inversamente proporcional a la velocidad. Por encima de la velocidad base, la tensión suministrada al motor no puede aumentarse ya que alcanza su límite máximo. A medida que el accionamiento sigue velocidad, y la tensión se mantiene igual, la corriente que llega al motor empieza a disminuir lo que significa que el par también disminuye. Entre estas aplicaciones se encuentran las bobinadoras de par constante con accionamiento central y los tornos de pelado de troncos.
Cargas de impacto: Estas cargas exigen un par intermitente y no dependen de la velocidad del motor. Por ejemplo, una que utiliza un gran volante de inercia para suministrar la energía mecánica necesaria para la carga. Las aplicaciones de prensado requieren que el motor y el variador de frecuencia produzcan suficiente par de aceleración para devolver el volante a la velocidad requerida antes del comienzo de la siguiente carrera de trabajo.
Cargas del tipo de arranque/desconexión: Las cargas que tienen una gran inercia exigen más par en el arranque. Por lo tanto, el par de arranque es el par inicial que se requiere para mover una carga y define el par de arranque del motor y el valor nominal de la corriente de salida del variador de frecuencia. Si el par de arranque no se tiene en cuenta, el variador de frecuencia puede dispararse debido al límite de corriente y el motor no puede arrancar la carga. El límite de corriente se ajusta en función de la carga de arranque. En general, el par de arranque se expresa como un porcentaje del par a plena carga.
Los variadores de velocidad pueden utilizarse en las cinco categorías de tipos de carga, incluidas las que exigen un par constante y variable.
La correcta selección de variadores de frecuencia ayudan a proporcionar el control adecuado para cualquier aplicación en función del tipo de carga, tensión de entrada, potencia de entrada, tipo de motor y la carcasa del accionamiento.
El variador de frecuencia permite que el motor funcione por debajo y por encima de la velocidad. En general, un motor no debería funcionar a menos del 20% de su velocidad máxima permitida especificada. Si se hace funcionar un motor a menos de esta velocidad sin tomar precauciones para protegerlo, el motor se sobrecalienta. Si se pretende hacer funcionar el motor a bajas velocidades, deben tomarse las precauciones adecuadas para protegerlo, como por ejemplo utilizar un ventilador auxiliar de refrigeración independiente.
Un variador de frecuencia también puede hacer que un motor funcione más rápido que el valor de velocidad que figura en su placa. Como regla general, los motores no deben funcionar a más del 20% de su velocidad nominal. Tenga en cuenta que si supera la velocidad de diseño, perderá par. Además, debe asegurarse de que su motor no funcione constantemente por encima del valor nominal de FLA.
Cuando se hace la selección de variadores de frecuencia, se debe tener claro el método de control. Muchos usuarios necesitan comunicaciones Ethernet para obtener la información correcta de los variadores a los PLC y a los sistemas de automatización de la producción. Cada vez son más las operaciones que recurren a estos sistemas de comunicación avanzados, pero algunos variadores económicos no incluyen estas opciones.
Algunos de los métodos de control son:
Control de 2 hilos o control de 3 hilos: El control de 2 hilos suele ser un interruptor de retención con la posición de apagado que detiene el accionamiento y la posición de encendido que lo pone en marcha. El control de 3 hilos permite el uso de un botón de arranque y otro de parada.
Existen ranuras de módulos de integración del sistema para instalar opciones adicionales de bus de campo, Ethernet, retroalimentación de posición, control de máquinas y E/S ampliadas.
Al igual que los demás dispositivos, existe un número suficiente de accesorios para los variadores variador de frecuencia, que son los siguientes:
Puede ser difícil determinar la combinación perfecta de accionamientos y accesorios, ya que depende en gran medida de las consideraciones medioambientales, de aplicación y normativas.
La consideración más importante a la hora de elegir un variador de frecuencia es conocer el tipo de carga que se aplica al motor porque determinará el tamaño y el costo del variador de frecuencia. El variador de frecuencia debe tener suficiente capacidad de corriente para que el motor pueda producir el par requerido para la carga.
Es posible que algunas aplicaciones y cargas requieran un dimensionamiento y unas consideraciones especiales. A la hora de la selección de variadores de frecuencia para cualquier aplicación, hay que dejar un margen de maniobra en los valores nominales de FLA y sobrecarga. Esto es especialmente cierto si se tiene una carga que es difícil de arrancar o que experimenta cargas pesadas durante el funcionamiento.
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