La instalación de variadores de frecuencia en las aplicaciones adecuadas puede ahorrar energía, reducir costes y aumentar los márgenes de beneficio.
¿Qué son los variadores de frecuencia?
Los variadores de frecuencia son unos dispositivos electrónicos que controlan la velocidad de los motores de inducción de CA.
Hay muchas fábricas y plantas en el mundo que utilizan diferentes tipos de motores de alta potencia. Debido al alto consumo de energía, las fábricas y plantas terminan pagando una gran cantidad de facturas de energía.
Para superar el alto consumo de energía y aumentar la eficiencia, se introdujeron los variadores de frecuencia hace cuatro décadas, pero el circuito no era lo suficientemente fuerte.
La frecuencia determina las RPM del motor y mediante el control de la frecuencia de CA se pueden controlar las RPM del motor.
En el mercado de la electrónica y la electricidad existen diferentes tipos de variadores de frecuencia que van desde las aplicaciones relacionadas con los motores pequeños hasta los motores de inducción de alta potencia.
Además de los variadores trifásicos, también hay disponibles variadores monofásicos.
Cómo funcionan los variadores de frecuencia
Las dos características principales de los variadores de frecuencia son las velocidades ajustables y la capacidad de arranque/parada suave.
Estas dos características hacen de los variadores de frecuencia de un potente controlador para controlar los motores de CA.
Esencialmente, los variadores de frecuencia constan de cuatro secciones: rectificador, enlace intermedio de CC, inversor y circuito de control.
Rectificador
Es la primera etapa de un variador de frecuencia. Convierte la corriente alterna alimentada por la red en corriente continua.
Esta sección puede ser unidireccional o bidireccional en función de la aplicación utilizada, como el funcionamiento en cuatro cuadrantes del motor
Bus de CC
La potencia de CC procedente de la sección del rectificador se introduce en el enlace de CC.
Esta sección consta de condensadores e inductores para suavizar las ondulaciones y almacenar la energía de CC.
La función principal del enlace de CC es recibir, almacenar y suministrar energía de CC.
Inversor
Esta sección se compone de interruptores electrónicos como transistores, tiristores, IGBT, etc.
Recibe la energía de CC del enlace de CC y la convierte en CA que se suministra al motor.
Utiliza técnicas de modulación como la modulación por ancho de pulso para variar la frecuencia de salida y controlar la velocidad del motor de inducción.
Circuito de control
Consiste en una unidad de microprocesador y realiza varias funciones como el control, la configuración de los ajustes del accionamiento, las condiciones de fallo y la interconexión de los protocolos de comunicación.
Recibe una señal de realimentación del motor como referencia de velocidad de la corriente y regula en consecuencia la relación entre la tensión y la frecuencia para controlar la velocidad del motor.
Beneficios de los variadores de frecuencia
La tecnología de los variadores de frecuencia ha alcanzado la madurez y se ha generalizado su uso con los motores de CA.
En la práctica, los variadores de frecuencia son extremadamente versátiles y ofrecen un alto grado de control del motor, que puede variar con precisión desde cero rpm hasta más del 100% de la velocidad nominal, mientras que el par también se ajusta en consecuencia.
Existen diferentes opciones que se adaptan a una gran variedad de aplicaciones; los diseños básicos de variadores de frecuencia se utilizan en aplicaciones sencillas como el control de ventiladores y bombas, mientras que las versiones más complejas pueden utilizarse para un control muy preciso de la velocidad y el par en, por ejemplo, bobinadoras múltiples o aplicaciones de conformado de materiales.
Los tamaños de los variadores de frecuencia van desde 0,2 kW hasta varios MW; suelen estar disponibles como dispositivos independientes y se conectan a la alimentación eléctrica del motor; sin embargo, en algunos diseños de motores más pequeños, normalmente de menos de 15 kW, el accionamiento de frecuencia variable puede incorporarse al motor y está disponible como producto integrado de accionamiento del motor.
En muchas aplicaciones, el control de la velocidad variable puede suponer una reducción sustancial del coste energético.
La razón más obvia para adquirir variadores de frecuencia es el control de la velocidad. Esto se suele hacer para obtener beneficios de proceso, de funcionamiento y económicos.
Uno de los beneficios económicos proviene de la reducción del mantenimiento cuando se utilizan variadores de frecuencia, especialmente al no tener que ocuparse de las escobillas de carbón del motor de CC o de las cajas de engranajes mecánicas de control de velocidad (transmisiones).
Los beneficios económicos más evidentes de los variadores de frecuencia se producen con los ventiladores y las bombas. La potencia que consume una bomba o un ventilador es directamente proporcional al cubo de la velocidad.
Esto significa que si un operador puede hacer funcionar un ventilador al 80% de la velocidad máxima, teóricamente utiliza el 51% de la potencia a plena carga.
