Colección: Variadores De Velocidad

Un Variador de Velocidad (también conocido como variador de frecuencia o VFD por sus siglas en inglés, Variable Frequency Drive) es un dispositivo electrónico que regula la velocidad y el torque de un motor eléctrico de corriente alterna (CA), ajustando la frecuencia y el voltaje de la energía suministrada. Su función principal es permitir un control eficiente y preciso del motor, optimizando el rendimiento del sistema, reduciendo el consumo energético y alargando la vida útil del equipo.

 

Fundamentales de los Variadores de Velocidad (VFDs)

Los Variadores de Velocidad, también conocidos como variadores de frecuencia o convertidores de frecuencia, son dispositivos electrónicos diseñados para controlar la velocidad de motores eléctricos de corriente alterna (CA), principalmente motores de inducción trifásicos. Su función esencial es ajustar la frecuencia y el voltaje de alimentación que recibe el motor, permitiendo así un control preciso de su velocidad y torque.

Componentes Principales de un Variadores de Velocidad:

1. Rectificador: Convierte la alimentación de CA de entrada (monofásica o trifásica) en una tensión de CC (corriente continua) pulsante. Generalmente utiliza diodos o tiristores.
2. Bus de CC (DC Link): Almacena la energía de CC rectificada en capacitores de gran capacidad y la suaviza, reduciendo el rizado. También puede incluir inductores para mejorar la calidad de la CC.
3. Inversor: Convierte la tensión de CC del bus de CC en una tensión de CA de frecuencia y amplitud variables que se suministra al motor. Utiliza interruptores electrónicos de potencia, como IGBTs (Transistores Bipolares de Puerta Aislada) o MOSFETs. La técnica de modulación de ancho de pulso (PWM) es comúnmente utilizada para generar esta tensión de CA variable.
4. Circuito de Control: Es el "cerebro" del Variador de Velocidad. Contiene un microprocesador o DSP (Procesador de Señales Digitales) que gestiona todo el funcionamiento del variador. Recibe las señales de control (externas o internas), implementa los algoritmos de control (escalar V/f, vectorial, etc.), genera las señales de disparo para los interruptores del inversor y realiza funciones de protección y diagnóstico.
5. Interfaz de Usuario: Permite al operador configurar, controlar y monitorear el Variador de Velocidad. Puede incluir un teclado, una pantalla, bornes para conexiones externas (entradas y salidas digitales y analógicas), y puertos de comunicación (serie, Ethernet, etc.).
6. Circuitos de Protección: Protegen el Variador de Velocidad y el motor contra condiciones anormales como sobrecorriente, sobretensión, subtensión, sobretemperatura, cortocircuito y fallas a tierra.

Principios de Control de Velocidad:

La velocidad síncrona (ns ) de un motor de inducción está directamente relacionada con la frecuencia (f) de la alimentación y el número de pares de polos (p) del motor, según la siguiente fórmula:

Donde:

• 'nₛ' es la velocidad síncrona en revoluciones por minuto (RPM).
• 'f' es la frecuencia de la alimentación en Hertz (Hz). 
• 'p' es el número de pares de polos del motor.

Variando la frecuencia (f) suministrada al motor a través del Variador de Velocidad, se puede controlar su velocidad síncrona y, por lo tanto, su velocidad real (teniendo en cuenta el deslizamiento).

Métodos de Control Comunes de Variadores de Velocidad:

1. Control Escalar (V/f): Es el método más básico y ampliamente utilizado. Mantiene una relación constante entre el voltaje (V) y la frecuencia (f) suministrados al motor. Esto asegura que el flujo magnético en el motor se mantenga aproximadamente constante en un amplio rango de frecuencias, proporcionando un torque adecuado para muchas aplicaciones. Es adecuado para cargas de torque constante o variable donde no se requiere una alta precisión en el control de velocidad.
2. Control Vectorial: Es un método más avanzado que controla independientemente el flujo magnético y el torque del motor, similar al control de un motor de CC de excitación separada. Esto se logra mediante transformaciones matemáticas complejas de las corrientes del motor. El control vectorial ofrece un rendimiento superior en términos de respuesta dinámica, precisión de velocidad y capacidad de torque a bajas velocidades. Es ideal para aplicaciones que requieren un control preciso y dinámico, como máquinas herramienta, elevadores y sistemas de posicionamiento.
   

Funcionalidades Comunes en los Variadores de Velocidad:

• Aceleración y Deceleración Controladas: Permiten arrancar y detener el motor de forma suave, reduciendo el estrés mecánico y eléctrico.
• Límites de Corriente y Torque: Protegen el motor y el variador de sobrecargas.
• Control PID (Proporcional-Integral-Derivativo): Permite controlar variables de proceso como presión, flujo o temperatura directamente desde el Variador de Velocidad, utilizando la velocidad del motor como variable de control.
• Funciones de Ahorro de Energía: Algoritmos que optimizan el voltaje suministrado al motor en función de la carga, reduciendo el consumo energético.
• Frenado Dinámico: Utiliza resistencias externas para disipar la energía generada por el motor durante la deceleración rápida.
• Comunicaciones Industriales: Soporte para protocolos como Modbus, EtherNet/IP, Ethercat, etc., para la integración en sistemas de automatización.
• Secuenciadores y Funciones Lógicas: Permiten programar secuencias de operación y realizar funciones lógicas básicas dentro del Variador de Velocidad.

 

¿Dónde se aplica un variador de velocidad?

Los Variadores de Velocidad son dispositivos ampliamente utilizados en una variedad de aplicaciones donde se requiere un control preciso de la velocidad y el torque de motores eléctricos de corriente alterna (CA). Su uso es especialmente valioso para lograr ahorro energético y mejorar el rendimiento de los equipos. Los Variadores de Velocidad son esenciales en sectores como climatización (HVAC), tratamiento de agua y efluentes, manufactura, entre otros. Su aplicación es común en el control de ventiladores, bombas, compresores, cintas transportadoras y distintas maquinarias industriales.

 

Sistemas HVAC: Los Variadores de Velocidad regulan la velocidad de ventiladores y compresores en sistemas de climatización, optimizando el consumo energético y mejorando el control de temperatura.

Bombas: En sistemas de bombeo, los Variadores de Velocidad permiten ajustar el caudal y la presión según la demanda, reduciendo significativamente el consumo energético en procesos como tratamiento de agua, industria química y alimentaria.

Ventiladores y Sopladores: Gracias a los Variadores de Velocidad, se puede controlar eficientemente la velocidad de ventiladores y sopladores en aplicaciones de ventilación, secado y manejo de aire, favoreciendo un uso más eficiente de la energía.

Cintas Transportadoras: Los Variadores de Velocidad ajustan la velocidad de las cintas transportadoras, mejorando el flujo de materiales y reduciendo el desgaste mecánico en procesos de producción y logística.

Compresores: Mediante VFDs, se optimiza el funcionamiento de compresores, logrando un control preciso de la presión y una notable disminución en el consumo eléctrico.

Manipulación de Materiales y Empaque: Los VFDs son clave en operaciones como el izado, traslado y empaquetado de productos, donde se requiere precisión en la velocidad y fuerza aplicada.

Equipos de Mezclado y Agitación: En mezcladores y agitadores, los VFDs permiten establecer velocidades adecuadas para asegurar una mezcla homogénea y constante calidad del producto.

Máquinas de Extrusión: La industria del plástico y del metal utiliza VFDs para controlar con exactitud la velocidad de extrusión, garantizando uniformidad y eficiencia en la producción.

Máquinas-Herramienta:En procesos de mecanizado CNC, los VFDs regulan la velocidad del husillo y el avance de corte, mejorando la precisión y el acabado de las piezas fabricadas.