Cómo seleccionar variadores de frecuencia para mejorar control y eficiencia de los motores

Para seleccionar variadores de frecuencia es necesario considerar algunos consejos que permitan garantizar la inversión con el pasar del tiempo. Los avances en la tecnología de motores eléctricos de alta velocidad junto con las mejoras en el coste y el rendimiento de los sistemas VFD (variadores de frecuencia), hacen que el acoplamiento directo de un motor eléctrico sin engranajes a una bomba valga la pena considerar.

En general, un variador de frecuencia toma una fuente de alimentación de CA y la convierte en alimentación de CC. La parte de control de velocidad del variador usa el voltaje de CC para crear impulsos de CC en frecuencia variable para impulsar el motor de salida a velocidades diferentes a las 3.600 rpm o 1.800 rpm u otra velocidad, dependiendo del número de polos en los que el motor fue diseñado para funcionar. Una tensión de alimentación de 60 o 50 Hz AC.

¿Qué tan grande debe ser el variador de frecuencia? El tamaño del VFD debe elegirse en función de la corriente máxima del motor en la demanda máxima y no en base a la potencia del motor. El arranque constante, la parada y las cargas dinámicas afectan a la electrónica dentro del VFD mucho más que el efecto que tienen sobre el bus de potencia local y un arrancador de motor de voltaje completo. Por lo tanto, se debe utilizar la corriente máxima de demanda. 

Puede ser tentador dimensionar una unidad de frecuencia variable (VFD) basada sólo en la potencia. Sin embargo, existen otros factores a considerar antes de seleccionar el mejor variador de frecuencia para tu fábrica. Es por ello, que este artículo te explicamos cómo seleccionar variadores de frecuencia para mejorar el control y eficiencia de los motores, así como su vida útil y otros parámetros.

Cómo seleccionar variadores de frecuencia para mejorar el control y eficiencia de los motores en siete pasos

1. Entender los beneficios y características: El mayor de los beneficios es la reducción del consumo de energía cuando se utilizan dispositivos como sopladores, ventiladores y bombas centrífugas a velocidades más bajas. Otras ventajas de usar VFD incluyen:

• Velocidad y el par de motor ajustables.
• Aceleración reducida del motor al arrancar.
• Detención y marcha atrás controladas.

Dentro de las características se describe la capacidad del variador de frecuencia para variar la velocidad del motor permite la optimización del trabajo requerido por una máquina o proceso porque sólo se proporciona la velocidad necesaria. Esto contrasta con el funcionamiento del motor a toda velocidad y la aceleración de la salida, que es ineficiente, reduce la vida útil del motor y aumenta el mantenimiento del motor y del equipo de regulación.

Al seleccionar variadores de frecuencia se debe tener en cuenta que la aceleración controlada reduce la corriente de arranque y extiende la vida útil del motor. Esto es especialmente cierto en aplicaciones que requieren arranque y parada frecuentes como por ejemplo los variadores de frecuencia para la industria alimentaria que ayudan a mejorar la seguridad de la planta.

2.  Elegir el VFD basado en el tamaño de carga: El dimensionamiento de los VFD, a menudo, requieren más que simplemente igualar la potencia nominal al motor. El perfil operativo de la carga que controla debe ser considerado. Las cargas constantes o variables, los arranques y paradas frecuentes, o la operación continua también deben considerarse al seleccionar el equipo.

Debe dimensionarse según la demanda de par máximo en lugar de sólo caballos de fuerza. Bajo ciertas condiciones, el motor puede exigir más potencia y/o par, y el sobredimensionamiento puede ser necesario cuando las cargas dinámicas o la carga de impacto crean condiciones de sobrecarga temporal. 

3. Determinar las opciones de frenado: Un VFD también puede necesitar un poco de ayuda para desacelerar una carga. Si bien puede detener cargas de inercia moderadas, las cargas de alta inercia pueden causar una condición de sobretensión en el variador. Para una rápida desaceleración de cargas pesadas, se debe considerar una resistencia de frenado dinámico externo.

La resistencia de frenado permite que el variador de frecuencia produzca un par de frenado adicional al reducir el voltaje generado por un motor de desaceleración. Sin la resistencia de frenado, los VFD típicos proporcionan aproximadamente un 20 por ciento de par de frenado. 

4. Interfaz al VFD: Los VFD se controlan mediante entrada/salida cableada, discreta y analógica (I/O); o por comunicaciones digitales. Las entradas discretas al VFD, generalmente salidas desde un PLC, se usan para iniciar y detener el variador, aunque también se pueden usar los pulsadores manuales y los interruptores de selección.

Las salidas discretas son un factor de gran importancia que se debe considerar al seleccionar variadores de frecuencia porque incluyen falla presente, frecuencia alcanzada, velocidad no cero e indicación local/remota. Algunas unidades de gama alta también incluyen salidas de frecuencia para referencia de velocidad. La salida analógica del variador, cuando está disponible, también tiene los mismos niveles de señal. 

5. Comprender las opciones de comunicación digital: Los protocolos de comunicación digital permiten que los comandos y la información se comuniquen entre un PLC y el VFD a través de un solo cable, a diferencia de los muchos cables. Los protocolos van desde interfaces seriales simples hasta opciones de comunicación de Ethernet y bus de campo más avanzadas, como EtherNet/IP.

Estas interfaces de comunicación permiten que el VFD sea controlado por un dispositivo maestro, como un PLC u otro controlador avanzado. Y puede eliminar la necesidad de E/S analógica y discreta de cableado, permitiendo el monitoreo de la velocidad, la corriente, la falla y otros parámetros del variador. 

6. Especificar parámetros de operación. Desde un punto de vista de control, el VFD no debe detenerse de forma rutinaria abriendo un contactor en el suministro de voltaje de entrada, ya que esto reduce su vida útil. Esto sólo debe hacerse para propósitos de parada de emergencia. 

La E/S del disco o las comunicaciones deben controlar el inicio-paro en todas las demás instancias. Estos y muchos otros procedimientos de instalación y operación se describen en el manual y deben seguirse cuidadosamente, y el proveedor de VFD debe contactarse con cualquier pregunta.

7. Manejar ruido y armónicos: Los VFD generan ruido eléctrico y armónicos que pueden causar daños a los motores, equipos, transformadores y cableado de alimentación. Afortunadamente, los filtros y los reactores de línea o de carga pueden minimizar muchos problemas. 

La mayoría de las instrucciones de instalación para seleccionar variadores de frecuencia recomiendan el uso de filtros de armónicos pasivos, como los reactores de línea de CA y los choques. Estos dispositivos reducen los armónicos y protegen los VFD de sobretensiones transitorias en el lado de la línea de la unidad.

El uso de los sitios web de los fabricantes y la información educativa, puede hacer que cualquier persona de control sea un experto al momento de seleccionar variadores de frecuencia, esto es posible si reconoce los factores a considerar al incorporar variadores de frecuencia para procesos industriales. Para más información, te invitamos a suscribirte al Newsletter de Tecnología para la Industria.