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Introducción:

El motor de inducción es hoy el motor eléctrico más económico y eficiente, por lo que es el más popular en la industria. Sin embargo, su empleo para algunas aplicaciones, como requerir cambios de velocidades, es muy restringido ya que dada la fuente de alimentación (frecuencia y voltaje), y escogido el motor (potencia y número de polos) estos motores giran velocidad prácticamente fija, por tal razón se preferían otros tipos de motores menos eficientes y más caros para estas aplicaciones.

Los Convertidores de Frecuencia, también llamados Variadores de Frecuencia (VDF)o Inversores (Inverters) (aunque realmente este nombre corresponde a una parte del VDF, por constituir el componente principal muchos fabricantes usan esta denominación), han venido a resolver el problema de poder usar los motores a velocidades variables sin disminuir mayormente su eficiencia, con lo que ahora estos motores conectados a estos equipos permiten ser usados en aplicaciones especiales.

Estos dispositivos forman parte de la familia denominada Drivers en AC (AC Drives), la cual está constituida por otros equipos para comando de motores de corriente alterna, tales como Partidores Suaves, que se emplean sólo para la partida y parada de los motores, y no para modificar la velocidad en régimen permanente.

Principio de Funcionamiento:

En definitiva, estos dispositivos entregan voltaje y frecuencia variable conforme a la necesidad del motor y la carga a él conectada. Para tal efecto, toma la alimentación eléctrica de la red, cual tiene voltaje y frecuencia fija, la transforma en un voltaje continuo (Rectificador más Filtro) y luego lo transforma en voltaje alterno trifásico de magnitud y frecuencia variable por medio de un Inversor. Contando sólo con esta última etapa (Inversor) es posible también alimentar estos motores a partir de un suministro de corriente continua (por ejemplo, baterías). También se puede contar con un rectificador monofásico de modo de poder alimentar un motor trifásico a partir de una fuente de alimentación monofásica.

La forma de onda del voltaje de salida en estricto rigor no es una sinusoide perfecta, toda vez que entregan una señal de pulso modulada a partir de una frecuencia de conmutación alta. En todo caso con los equipos actuales, donde podemos encontrar frecuencias de conmutación del orden de los 50 KHz, los contenidos de armónica son bastante bajos, por lo que agregando filtros pasivos cumplen las exigencias normativas impuestas por muchos países. La relación frecuencia voltaje es configurada por el usuario según la aplicación, siendo las más usuales una relación lineal, cual produce un torque constante en todo el rango de velocidad, ó una relación cuadrática, la que el torque disminuye a medida que baja la velocidad. En definitiva, conforme a la consigna de frecuencia que se le otorgue al equipo, la cual puede ser un comando en el mismo equipo o una señal externa, se entregará al motor un voltaje de magnitud según la relación V/F configurada y de frecuencia conforme a la consigna. Esto hará que el motor gire a una velocidad proporcional a la frecuencia.

Funciones adicionales:

Los equipos que se fabrican en la actualidad aprovechan de incorporar varias funciones adicionales, como las protecciones al motor y funciones de control para distintas aplicaciones, como controles PID y controles lógicos y secuénciales. Para permitir estas funciones encontraremos en estos dispositivos una gran cantidad de terminales de control para conectar entradas y salidas digitales y análogas, puertas de comunicación de datos y una gran cantidad de parámetros de configuración.

Cosas que merece la pena saber acerca de los Convertidores de Frecuencia

Un convertidor estático de frecuencia es un aparato electrónico que permite un control permanente de la velocidad de los motores de CA trifásica, convirtiendo la frecuencia y la tensión de la red de alimentación de valores fijos en valores variables. Aunque el principio siempre ha sido el mismo, los primeros convertidores de frecuencia, que incluían tiristores, han cambiado mucho hasta transformarse en las actuales unidades digitales controladas por microprocesadores.

El grado de automatización de la industria aumenta continuamente, por lo que hay una constante necesidad de aumentar los controles automáticos, y continuamente se desarrollan mayores velocidades de producción y mejores métodos para incrementar el rendimiento de las plantas de producción.

Hoy en día, los motores eléctricos son un producto industrial estándar y fundamental. Estos motores están diseñados para funcionar a una velocidad fija, y durante muchos años se han dedicado muchos esfuerzos a optimizar el control de su velocidad.

Ventajas del control de velocidad

En la actualidad, los motores de CA trifásica controlados por convertidores de frecuencia son un elemento estándar en todas las plantas de procesos automatizadas. La regulación de velocidad a menudo es un requisito básico debido al diseño de la planta, pero también por su capacidad para aprovechar las ventajas de los motores de CA trifásica. Además, ofrece otras ventajas:

Ahorro de energía

Se ahorra energía si la velocidad del motor se ajusta a los requisitos del momento, especialmente en bombas y ventiladores centrífugos, donde el consumo de energía se reduce según el cubo de la velocidad. Por ello, una unidad que funcione a media velocidad sólo absorbe el 12,5% de la potencia nominal.

Optimización del proceso

El ajuste de la velocidad al proceso de producción ofrece varias ventajas, que incluyen aumentar la producción y reducir la tasa de rechazo de elementos dañados, el consumo y el desgaste de materiales.

Funcionamiento uniforme de la máquina

El número de arranques y paradas a plena velocidad puede reducirse drásticamente. Utilizando rampas suaves de arranque y parada es posible evitar brusquedades y fatigas en los componentes de la máquina.

Menor mantenimiento

Un convertidor de frecuencia no precisa mantenimiento. Cuando se utiliza para controlar motores, permite aumentar la vida útil de una planta. Por ejemplo, en sistemas de suministro de agua desaparece el golpe de ariete que se produce cuando los motores de la bomba están directamente conectados a la red de alimentación, con lo que se evita que se dañen las tuberías.

Mejora del entorno de trabajo

La velocidad de las cintas de transporte puede adaptarse exactamente a la velocidad de trabajo que se precise. Por ejemplo, en plantas embotelladoras es posible reducir el ruido de las botellas si puede reducirse también la velocidad de la cinta cuando las botellas esperan alineadas. Si la velocidad de un ventilador es ajustable, pueden reducirse ruidos innecesarios en sus proximidades, y también las corrientes de aire.


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