La regeneración ocurre en un motor de corriente alterna cuando la carga supera al motor. Esto puede ocurrir al intentar desacelerar la carga, o cuando alguna fuerza externa hace que el motor supere y actúe como un generador. La energía contenida en el equipo rotativo fluye hacia el accionamiento y se manifiesta como un aumento de voltaje del bus DC en el variador de frecuencia. Este sobrevoltaje tradicionalmente se desperdicia como calor mediante resistencias de frenado dinámico.
Con el aumento de los costos de energía eléctrica y el creciente uso de la energía «verde», hay un incremento de la demanda de una forma de recuperar esa energía desperdiciada. Ahora es económicamente factible lograr esto con los variadores regenerativos, que transforman la energía eléctrica regenerativa DC en energía eléctrica de utilidad de frecuencia fija.
Los costos energéticos y las preocupaciones ambientales en la industria mexicana están dando mayor importancia a los sistemas de variadores de frecuencia regenerativos. La importancia de las opciones para aumentar la eficiencia energética y la recuperación de sobre voltajes también está aumentando. El potencial de recuperación de energía de los sistemas de accionamiento existentes y nuevos es vasto, y proporciona el beneficio doble de conservar energía y reducir el impacto ambiental en una amplia gama de aplicaciones industriales.
La energía total recuperada depende de las características operativas de la aplicación. Otras consideraciones clave incluyen el costo de la energía y comparaciones con el costo de una solución tradicional de frenado dinámico. A través de un análisis estándar de retorno de la inversión, el costo de inversión puede justificarse fácilmente en la mayoría de los casos. Por supuesto, un mayor grado de recuperación de energía se puede lograr si los drivers regenerativos se aplican en toda la planta, adaptando sistemas existentes. Sin embargo, la implementación de variadores de velocidad regenerativos en sistemas de accionamiento seguirá siendo cada vez más común para proyectos de inversión de capital.
Un medio para manejar la energía regenerativa es crítico para los sistemas de control de movimiento. Estos dispositivos deben actuar como una pinza de alto voltaje para drenar y disipar la energía inducida del sistema rotativo. Sin tales medios, el accionamiento se desconectaría o no detendría el equipo en el tiempo deseado.
El frenado dinámico (DB) se utiliza habitualmente para aplicaciones que requieren frenado frecuente o rápido, especialmente de cargas pesadas (alta inercia). Sin embargo, muchas de estas aplicaciones también podrían ser candidatas para variadores regenerativos.
Los motores de corriente alterna (CA) son ampliamente utilizados en la industria. Sin embargo, tal y como hemos comentado anteriormente en este artículo,consumen mucha energía, especialmente en aplicaciones donde la velocidad o el par motor varían con frecuencia.
Los variadores de velocidad regenerativos son dispositivos que controlan la velocidad de los motores CA. A diferencia de los métodos tradicionales de control de velocidad, como el cambio de polos o el uso de resistencias, los VFR pueden recuperar la energía cinética del motor durante el frenado y devolverla a la red eléctrica.
Frenado dinámico:
El frenado dinámico es un método tradicional de control de velocidad que utiliza resistencias para disipar la energía cinética del motor durante el frenado. Esta energía se pierde en forma de calor.
Comparativa de ahorro de energía:
En la tabla puede verse que el método de ahorro de energía utilizando variadores regenerativos presenta varias ventajas significativas, incluida la reducción del consumo de energía, la disminución de las emisiones de CO2, la mejora del rendimiento del motor y una mayor vida útil del mismo. Sin embargo, este enfoque conlleva un mayor costo inicial y requiere un sistema de control más complejo. Por otro lado, el frenado dinámico ofrece una solución de bajo costo y fácil implementación, pero disipa la energía en forma de calor, lo que resulta en una menor eficiencia energética y una vida útil más corta del motor.
Consideremos una bomba de agua con un motor de 10 kW que funciona durante 8 horas al día. La bomba funciona a velocidad constante durante el 80% del tiempo y frena durante el 20% del tiempo.
Los Variadores regenerativos son una excelente opción para ahorrar energía en aplicaciones con motores CA donde la velocidad o el par motor varían con frecuencia. Si bien el costo inicial de un Variador regenerativo es mayor que el de un sistema de frenado dinámico, los ahorros de energía a largo plazo pueden ser significativos.
Una unidad regenerativa puede alimentar varios accionamientos conectados en un bus DC común y optimizar el consumo de energía recuperando el exceso de energía regenerativa no utilizada por los accionamientos.
En sistemas de accionamiento de frecuencia variable, hay muchos casos en los que se requiere una desaceleración rápida y algún método debe usarse para eliminar la energía regenerativa que fluye hacia el bus DC del accionamiento. La energía debe ser desperdiciada como calor en un sistema de frenado dinámico, o devuelta a la línea de CA con un variador regenerativo. Hacer la selección adecuada implica varias consideraciones:
Explorar los aspectos anteriores de la aplicación conducirá a la decisión correcta sobre la necesidad de una unidad de variador regenerativo (o unidades), un sistema de resistencias de frenado dinámico o posiblemente ninguno si la parada por inercia siempre es aceptable.
Las aplicaciones adecuadas para variadores regenerativos abarcan una amplia gama de industrias y equipos debido a su capacidad para recuperar energía durante la desaceleración y el frenado.
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