Control y monitoreo de variadores de frecuencia

El instrumento de control y monitoreo de variadores de frecuencia debe permite hacer seguimiento efectivo de las frecuencias que se suministran a los motores conectados.

Un ejemplo de una condición de estado estable o estacionaria es un ventilador que mantiene una velocidad regulada como una función de temperatura ambiente, la cual permanece invariable dentro de un rango de temperatura durante varios minutos u horas. Sabemos que los variadores de frecuencia son útiles para regular los cambios en las velocidades operativas de las máquinas de producción.

También son utilizados en industrias que requieren de un control y monitoreo de variadores de frecuencia más dinámico como, por ejemplo, las cintas transportadoras de alimentos o una sierra que acelera o desacelera gradualmente dependiendo de la proximidad de los troncos a la hoja de sierra. Es para este tipo de máquinas que aplica la instrumentación de control y monitoreo de motores eléctricos y variadores de frecuencia en función del tiempo.

Las aplicaciones más dinámicas se implementan comúnmente como unidades vectoriales o servos, y tasas de aceleración más rápidas hasta lograr la desaceleración, por tanto, se requiere un frenado activo de la carga que permita obtener una muestra de inversión en señal para el flujo de potencia sobre el eje del motor o de los motores en línea.

Por instantes, la transmisión vectorial funciona como un motor (normalmente durante el estado estacionario o los períodos de aceleración), mientras que en otros momentos cubre la función de un generador, el cual devuelve la energía cinética de la carga al suministro y así aumentar el ritmo de desaceleración.

¿Cómo lograr el control y monitoreo de variadores de frecuencia en una operación dinámica?

La siguiente gráfica muestra un ejemplo del control y monitoreo de variadores de frecuencia como una aplicación muy dinámica, donde el vector drive de 300 hp fue programado para ejecutar un sinusoidal y el perfil de velocidad oscila de 1.350 rpm a 1.650 rpm, con una frecuencia de 4.2 Hz. Para lograr esto, el par del motor debe acelerar y desacelerar también con una velocidad sinusoidal.

En esta operación se observa que, durante instantes, el torque positivo máximo se alcanza la tasa de cambio máxima positiva de la velocidad del eje y durante los instantes de torque la velocidad permanece básicamente sin alterar. Y esto explica que cada instante en el que la velocidad y el par no coinciden en su signo, el vector drive funciona como un generador, mientras que cuando coinciden está en modo motor.

Asimismo, en la siguiente gráfica se observa otro ejemplo de operación de accionamiento vectorial en el que el motor y la generación de par cambian dinámicamente. La unidad vectorial en este caso fue programada para ejecutarse a una «velocidad negativa» (o sentido negativo de rotación) de -1.200 rpm, luego acelera a una velocidad constante de 300 rpm / s, vuelve a –1.400 rpm en un tiempo y finalmente vuelve a caer al estado estable anterior de –1.200 rpm.

La unidad se cargó con un par constante de –90 Nm. y para que la misma se acelere a una velocidad mayor, tiene que aumentar el par durante la aceleración. Una vez que se logró –1.400 rpm, se redujo el torque utilizando el control y monitoreo de variadores de frecuencia, lo que evitó una aceleración más allá de la velocidad programada.

Durante la desaceleración, el motor tuvo que disminuir el par en la dirección opuesta, ya que el par retardante introducido por la carga no fue suficiente para reducir la velocidad del eje a la velocidad programada. Esto significa que, durante la desaceleración, el motor devolvió parte de su propia energía cinética al variador de frecuencia y a la fuente de alimentación para funcionar efectivamente como un generador de velocidad variable.

Ese cambio de velocidad que existe en la desaceleración para lograr el estado estable de la velocidad y volver a entregar la energía necesaria para funcionar como motor debe ser monitoreado, porque los cambios son las causas principales de problemas en los motores. Una buena herramienta de análisis y depuración para la visibilidad de lo que realmente está sucediendo con la aplicación de una tecnología moderna para el control y monitoreo de variadores de frecuencia.

Por tanto, estas herramientas no deben dejarse fuera del programa de mantenimiento de cualquier planta industrial. El caso que acabamos de describir es una aplicación variadores de frecuencia altamente dinámico controlado y con la instrumentación moderna de tecnologías de monitoreo de condiciones de motores eléctricos en línea se logró un rápido control de la velocidad.

Esto se realizó con diferentes variables:

• Frecuencia.
• Velocidad variable.
• Flujo de potencia de inversión dinámica en el eje (motorización y generación alternada durante la adquisición de datos).

Se demostró que la tecnología actual se encuentra en una etapa en la cual una clara representación de los fenómenos dinámicos en el eje se puede calcular a partir de las firmas de corriente y voltaje, así como también que este tipo de instrumentación habilita el campo profesional para diagnosticar completamente incluso procesos dinámicos que varían en el tiempo con un nivel mínimo de intrusión y con extrema simplicidad de uso.

Si deseas saber cómo usar los variadores de velocidad en bombas centrífugas para lograr el monitoreo y control de los sistemas en línea, suscríbete al Newsletter de Tecnología para la Industria, con el contenido más completo sobre las nuevas tecnologías industriales, innovaciones en fabricación, equipos y tendencias en automatización.