¿Qué es un variador de frecuencia? – Su Funcionamiento, Aplicaciones, Ventajas

«Descubre todo lo que necesitas saber sobre los variadores de frecuencia: desde su funcionamiento y aplicaciones hasta las ventajas que ofrecen en el mundo moderno. ¡No te pierdas esta guía completa para entender cómo estos increíbles dispositivos están revolucionando la industria y ahorrando energía!»

El funcionamiento de VFD se basa en el control de frecuencia y voltaje simultáneamente a través de un inversor PWM. Un variador de frecuencia (VFD) es el más adecuado para el control de velocidad de un motor de inducción.

Los variadores de frecuencia son herramientas esenciales en muchas operaciones industriales. Aportan una serie de ventajas que reducen el tiempo y los recursos necesarios para realizar las operaciones.

Aumenta la seguridad de equipos y técnicos, reduce el costo de energía eléctrica y prolonga la vida útil de los motores.

Tiene otros nombres, como

  1. Unidad de velocidad variable
  2. Unidad de velocidad ajustable
  3. Unidad de frecuencia ajustable
  4. unidad de CA
  5. micromotor
  6. Inversor

En este artículo, discutiremos el funcionamiento de los variadores de frecuencia, sus aplicaciones y su importancia en los sistemas de producción industrial.


¿Qué es un variador de frecuencia?

¿Qué es un variador de frecuencia? – Su Funcionamiento, Aplicaciones, Ventajas

Un variador de frecuencia (VFD) es un dispositivo electrónico de precisión. Está específicamente diseñado y utilizado para controlar la velocidad de motores de inducción de corriente alterna (CA) monofásicos y trifásicos sin afectar el consumo eléctrico, el par motor, la impedancia, el flujo magnético, etc., del motor.

Los variadores de frecuencia son controladores de motor que varían la frecuencia y el voltaje suministrados a un motor eléctrico. El variador tiene integración con una interfaz de operador para recibir los comandos de control de velocidad requeridos.

El VFD también tiene la capacidad de controlar la aceleración y desaceleración del motor durante el arranque o la parada, respectivamente.

La velocidad síncrona del motor es proporcional a la frecuencia.

¿Qué es un variador de frecuencia? – Su Funcionamiento, Aplicaciones, Ventajas

La frecuencia (o Hertz) de VFD está directamente relacionada con la velocidad del motor (RPM). En otras palabras, la velocidad del motor aumenta con un aumento de la frecuencia. Si una aplicación no requiere que un motor eléctrico funcione a toda velocidad, el variador se puede usar para reducir la frecuencia y el voltaje para cumplir con los requisitos de carga del motor eléctrico.

Trabajo de VFD

¿Qué es un variador de frecuencia? – Su Funcionamiento, Aplicaciones, Ventajas

El funcionamiento de VFD se puede entender bien al comprender las diversas secciones de VFD. El circuito electrónico de un VFD tiene las siguientes secciones.

Convertidor de entrada

En esta etapa, los diodos se disponen en una configuración de puente rectificador regular. La red de CA se rectifica y se convierte en CC.

¿Qué es un variador de frecuencia? – Su Funcionamiento, Aplicaciones, Ventajas

Se prefieren los IGBT en el circuito rectificador donde la regeneración de energía se retroalimenta a la fuente de alimentación principal.

Filtro de bus de CC

La señal de CA a CC convertida no está exenta de componentes de CA y los armónicos residuales requieren filtrado. En esta etapa se realiza la rectificación de componentes AC para reducir las ondulaciones.

¿Qué es un variador de frecuencia? – Su Funcionamiento, Aplicaciones, Ventajas

El VFD tiene un banco de capacitores que filtra las ondas en el voltaje de CC rectificado. Por lo tanto, obtenemos el voltaje de CC suave en el banco de condensadores.

Inversor

En este paso, la CC del bus de CC vuelve a la CA pero de una manera especial que forma el corazón, o más bien el cerebro del circuito. Consiste en circuitos integrados de microcontroladores sofisticados especialmente diseñados y programados para cambiar la frecuencia de salida junto con el voltaje proporcionalmente y también crear una salida trifásica a partir de una entrada monofásica.

¿Qué es un variador de frecuencia? – Su Funcionamiento, Aplicaciones, Ventajas

La técnica utilizada para variar tanto el voltaje como la frecuencia simultáneamente se llama tecnología de inversor PWM. Por lo tanto, el funcionamiento de VFD se basa en el PWM (modulación de ancho de pulso) de la onda portadora con una onda sinusoidal. Así, en el inversor PWM, la relación v/f se mantiene constante para mantener el flujo constante en el motor. Esta etapa hace que los variadores de frecuencia sean especialmente únicos e ideales para controlar las velocidades de los motores de CA.

Sección de control

El comando de la etapa anterior (microcontrolador IC) se envía a los IGBT (transistores bipolares de puerta aislada) de salida que conmutan el voltaje recibido del bus de CC en pasos estrechos y cortados. Para ello, los circuitos integrados utilizan tecnología PWM y convierten la corriente continua en ondas sinusoidales.

El voltaje de salida del inversor PWM depende del tiempo de cálculo. Cuanto mayor sea el tiempo de conmutación de estas ondas, mayor será la tensión a la salida del motor y viceversa. Este procedimiento PWM es responsable de dos funciones importantes de trabajo de VFD.



  • Cambiar el voltaje y la frecuencia de salida sin perder la electricidad
  • Cambiar su frecuencia simultáneamente con un cambio en el voltaje a una velocidad dada para mantener constante el flujo magnético y el par motor.

Principales características de un variador de frecuencia

Brevemente, un variador de frecuencia tiene las siguientes características importantes.

  • La protección contra sobrecorriente es especialmente útil en el control de motores de alta inercia.
  • El par constante garantiza un rango de control de velocidad más amplio, lo que permite un control de potencia eficiente en todo el rango.
  • Actúa como una barrera entre todas las perturbaciones del voltaje de entrada, como armónicos, ondulaciones, caídas, sobretensiones, etc., y les impide ingresar al motor.

Aplicaciones de VFD

Los VFD se utilizan principalmente para el control de velocidad de ventiladores, bombas y compresores, elevadores y transportadores. Estas aplicaciones representan el 75% de todas las unidades que operan a nivel mundial. Dentro de estos usos más comunes, los variadores de frecuencia (VFD) sirven para:


Reducir el consumo y los costes energéticos

En una aplicación que no necesita hacer funcionar el motor a toda velocidad, se pueden reducir las constantes de energía controlando el motor con un variador de frecuencia. A su vez, permiten ajustar la velocidad del equipo motorizado al requerimiento de carga. No hay otro método para controlar motores eléctricos de CA que pueda lograr esto.

Los sistemas de motores eléctricos son responsables de más del 65% del consumo de energía en la industria actual. Se puede reducir hasta un 70 % del consumo de energía industrial instalando o actualizando los sistemas de control de motores.

Además, su uso mejora la calidad del producto y reduce el costo de producción. Al combinar los incentivos fiscales para la eficiencia energética y los reembolsos de los servicios públicos, el retorno de la inversión para las instalaciones de variadores puede ser de tan solo 6 meses.

Aumente la producción a través de un control más estricto del proceso

Se eliminan los golpes durante la puesta en marcha en los transportadores y las correas, lo que permite una mayor eficiencia. Al hacer funcionar los motores a la velocidad más eficiente para cualquier aplicación, los niveles de producción aumentarán, lo que reducirá los costos de producción.

VFD para reducir el mantenimiento y extender el mantenimiento

Los equipos durarán más y tendrán menos tiempo de inactividad debido al mantenimiento cuando estén controlados por variadores de frecuencia, lo que garantiza una velocidad óptima de aplicación del motor.

Debido al óptimo control de la frecuencia y tensión del motor, ofrecerá una mejor protección en los motores ante problemas como sobrecargas eléctricas, protección de fase, baja tensión, faltas a tierra, monofásicos, etc.,

Al arrancar una carga con un variador, no someterá al motor ni a la carga impulsada al “choque instantáneo”. El VFD arranca el motor suavemente, eliminando así el desgaste de las correas, los engranajes y los cojinetes.

Además, es una excelente manera de reducir y/o eliminar el efecto de golpe de ariete. Es la principal causa de averías en tuberías e instalaciones hidráulicas ya que podemos tener ciclos suaves de aceleración y desaceleración.

Ventajas de VFD

Los convertidores de frecuencia son un componente necesario en el control de motores en los sistemas de producción industrial. Ofrece las siguientes ventajas.

  1. Ahorro de energía y mejora de la eficiencia del sistema. El potencial de ahorro de energía en la aplicación de ventiladores y bombas es considerable.
  2. Adapte la velocidad de accionamiento a los requisitos del proceso. El VFD controla la velocidad del motor y, por lo tanto, controla el proceso con precisión.
  3. Adaptar el par o la potencia de un accionamiento a los requisitos del proceso.
  4. Es posible controlar la velocidad del motor y capturar los parámetros de funcionamiento del variador de forma remota a través de RS485 o Profibus.
  5. Mejorar el ambiente de trabajo.
  6. Bajos niveles de ruido, por ejemplo, de ventiladores y bombas.
  7. Es posible crear lazos de control para el control de lazo cerrado de las variables del proceso y la velocidad del motor. El VFD tiene muchas funciones de control PID incorporadas.
  8. Reducir el estrés mecánico en las máquinas puede prolongar su vida útil.
  9. Disminuir el consumo máximo de la red eléctrica para evitar picos de demanda.
  10. Reducir el tamaño del motor necesario.
  11. El VFD puede operar el motor de inducción en los cuatro cuadrantes. Por lo tanto, VFD también puede hacer funcionar el motor en modo de frenado. El frenado por inyección de CC y el frenado dinámico son posibles en el motor de inducción a través de VFD. Así, el motor puede funcionar y la zona de motorización y frenado. Esta característica hace que el VFD sea adecuado para aplicaciones de grúas y montacargas.
  12. Las unidades integran capacidades de diagnóstico y de red para mejorar el rendimiento y la productividad.
  13. Los bancos de capacitores de VFD Mejoran el factor de potencia de la red eléctrica.

Por lo tanto, el ahorro de energía, el control inteligente del motor y la reducción de los picos de corriente son tres grandes razones para elegir un VFD como controlador en todos los sistemas accionados por motor.

Desventajas de VFD

Hay algunas desventajas asociadas con el uso de VFD. Estos son;

  • Los VFD tienen una tecnología muy avanzada y solo una persona experta técnica puede instalar, programar y mantener las unidades.
  • Los VFD pueden causar interferencias de radiofrecuencia que pueden conectarse con otros equipos electrónicos sofisticados instalados cerca.
  • La inversión inicial es alta, sin embargo, durante un período de tiempo, el ahorro de energía a través de VFD compensa el costo inicial.
  • Los VFD no se pueden reparar en el sitio, por lo que se necesita un VFD de reserva para el arranque inmediato de la planta. El VFD defectuoso debe enviarse al fabricante del equipo original (OEM) para su reparación o el ingeniero de servicio debe llamar al sitio.
  • El VFD genera un voltaje más alto en las primeras vueltas de bobinado del motor de inducción y puede ser una de las razones de la falla del aislamiento. Por lo tanto, se debe instalar un motor de grado inversor con VFD. Tiene costo extra.
  • El fenómeno de la corriente de circulación de los cojinetes ocurre en los motores accionados por VFD. Por lo tanto, el cojinete aislado en el lado NDE de un motor es imprescindible.
  • Los VFD contaminan el sistema de suministro eléctrico debido a los armónicos y los filtros de armónicos necesarios que se requieren con la instalación de VFD.
  • El funcionamiento de VFD se ve afectado por las caídas y subidas de voltaje en la fuente de alimentación de CA entrante.

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