¿Qué es un variador de frecuencia?
Un variador de frecuencia (VFD) es un dispositivo de control electrónico que se utiliza para proporcionar un control de velocidad ajustable para motores de CA y CC. Los tipos más comunes de motores de CA son los motores de inducción de CA o los motores asíncronos. Los beneficios de utilizar un VFD son el ahorro de energía para aplicaciones de bombas y ventiladores de HVAC, un mejor control de par y velocidad del motor en aplicaciones industriales y una mejor protección del motor.
Tamaños de motor para funcionamiento con VFD:
Los variadores de frecuencia pueden operar motores que van desde ¼ de caballo de fuerza a 120 voltios monofásicos hasta 20,000 kilovatios a 11,000 voltios trifásicos. Los motores industriales son típicamente trifásicos y el voltaje más común en los EE. UU. es 480 V. Otros voltajes comunes son 230, 2300 y 4160 V. El motor está diseñado para operar en una variedad de voltajes dependiendo de los polos del motor.
Los motores están diseñados para funcionar a una velocidad constante en función del número de polos del motor. La frecuencia del voltaje suministrado al motor determina la velocidad del motor. Esta velocidad es una función de la frecuencia aplicada multiplicada por 120 dividida por el número de polos por fase.
Cómo un VFD cambia la velocidad de un motor:
Los VFD controlan los motores al variar la frecuencia entre 0 y 60 ciclos o hercios por segundo. También pueden cambiar frecuencias fuera de la banda estándar de 0-60 Hz hasta 600 Hz. Una vez que se superan los 600 Hz, la aplicación suele ser un motor de husillo de alta velocidad. Una vez que se superan los 600 Hz, la aplicación suele ser un motor de husillo de alta velocidad. El VFD varía la frecuencia de entrada ajustando la frecuencia de salida de la onda sinusoidal de CA al motor. Para lograr esto, el VFD tiene cuatro componentes principales:
- La sección del convertidor o rectificador de diodos convierte el voltaje de línea de CA de 60 Hz en voltaje de CC a través de un rectificador de diodos.
- La sección del bus de CC almacena el voltaje de CA convertido en un capacitor. Para una entrada de CA de 480 V, el voltaje pico en el bus de CC trifásico puede ser de 648 V CC (= 480 V x Rt. cuadrado √1,82).
- La sección del inversor o IGBT (transistor bipolar de puerta aislada) convierte el voltaje de CC almacenado en una forma de onda sinusoidal de CA analógica llamada modulación por ancho de pulso para simular una forma de onda de CA. La forma de onda modulada por ancho de pulso tiene una amplitud (altura), que es el voltaje de entrada máximo, generalmente 480 voltios, y un ciclo de trabajo (ancho). La cantidad de ciclos de trabajo por segundo es la frecuencia en hercios, y la velocidad a la que el IGBT se enciende y se apaga es la frecuencia portadora. Las frecuencias portadoras varían de 2,000 Hz a 15,000 Hz. Las frecuencias portadoras más altas producen mejores formas de onda. Imagine un interruptor de luz en la pared que permite que el voltaje y la corriente enciendan una bombilla. El voltaje y la corriente fluyen hacia la bombilla a una velocidad de 60 ciclos por segundo. Cualquier parpadeo de luz es demasiado rápido para ser detectado a simple vista.
- La sección de control del variador de frecuencia determina el voltaje y la frecuencia o el número de ciclo de trabajo que se envía al motor. El motor utiliza una forma de onda modulada por ancho de pulso para controlar la velocidad del motor.
La evolución de los variadores de frecuencia
Los variadores de frecuencia han evolucionado con el tiempo, pero su funcionalidad básica sigue siendo la misma. Se utilizan en muchas aplicaciones y ayudan a que las industrias evolucionen. Con el auge actual de la IIoT y la fabricación inteligente, los variadores de frecuencia se convertirán en parte integral de la mejora de procesos y proporcionarán datos significativos para ayudar a los fabricantes a convertirse en líderes en sus industrias.