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Variador de frecuencia

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Variador de frecuencia

  1. 1. Variador de Frecuencia. ¿Cuál esla diferenciaentre drive,inversory variador? Los términosanterioressonsinónimos. El anglicismoDrive surge comounabreviadodel términoformal Variable FrequencyDrive VFD, el cual tambiénse conoce comoinversor porque enel equipose efectúaunaetapade inversión(se conviertede corriente directaacorriente alterna) yel términode variador implicaque este equipotienecomoobjetivovariarlavelocidaddel motor. ¿Qué es un Variador (VFD)? Es un dispositivoo sistemaparael control de la velocidadparamotoresde inducciónde CA,el cual se alimentaconunvoltaje yuna frecuenciaconstantes,yentregaal motorunvoltaje y frecuenciavariables. ¿Cómo funcionaun variador de frecuencia? Circuitoprincipal Funcionamiento: Se alimentaal equipoconunvoltaje de corriente alterna(CA),el equipoprimeroconviertela CA encorriente directa(CD),pormediode unpuente rectificador(diodosoSCR´s),este voltaje esfiltradoporun banco de capacitoresinterno,conel finde suavizarel voltaje rectificadoy reducirla emisiónde variacionesenlaseñal;posteriormenteenlaetapade inversión,lacual estácompuestapor transistores(IGBT),que enciendenyapaganendeterminadasecuencia (enviandopulsos) paragenerarunaformade onda cuadrada de voltaje de CDa unfrecuencia constante,ysu valorpromediotiene laformade ondasenoidal de lafrecuenciaque se aplica al motor.
  2. 2. El procesode conmutaciónde lostransistoresesllamadoPWM"Pulse WidthModulation" Modulaciónporancho de pulso. Al tenercontrol enla frecuenciade laondade corriente podemostambiéncontrolarla velocidaddel motorde acuerdoala siguiente fórmula: Nm = velocidadmecánica(rpm) f = frecuenciade alimentación(Hz) s = deslizamiento(adimensional) P = númerode polos. ¿Se puedenconectar varios motores a un inversor? Si se puede conectarvariosmotoresaun inversor,tomandoencuentalassiguientes consideraciones: · El inversordebe serdimensionadoparaque puedasuministrarlasumade lascorrientesde losmotores. · Usar sólocontrol V/f (tensión/frecuencia);nousarcontrol vectorial · Debenusarse elementosindependientesde protecciónparacadamotor. · Todos losmotoresarrancan y paran al mismotiempo · Todos losmotoresfuncionaranala mismavelocidad · Si fallael inversortendremostodoslosmotoresdetenidos. ¿Se requierenmotoresespeciales,parausar un inversor? No esnecesarioel usode motoresespeciales;uninversorpuedecontrolarcualquiermotorde CA de jaulade ardillade tipoconvencional,sinembargo,motoresde altaeficienciade uso inversor(InverterDutyMotors) presentanunmejorrendimiento,especialmenteabajas frecuencias.
  3. 3. ¿El motor y el inversordebenser de la misma capacidad? Para un funcionamientoóptimose recomiendaque el inversorse dimensione enbase ala corriente nominal del motor,paraproveerunmejorcontrol yuna adecuadaprotección.En caso de urgenciaspuedenserempleadosmotoresde mayoromenorcapacidad que la del inversor,recomendablehastael doble olamitadde la capacidadpuedenserempleados,sólo teniendoencuentaque se tiene que limitarlacorriente del inversorcuandoeste esmayor,y que encaso de que seamenorel inversor,lapotenciaque se le puede demandaral sistemaes la del componente de menortamaño. ¿Se puede usar un inversorcon un motor monofásico? Sí, esposible variarlavelocidadde motoresmonofásicos,dependiendodel tipode arranque que utilizael motor,haymotoresque sologiran enun sentido,enotroscasos,esposible modificartambiénsusentidode giro.Noesrecomendable haceresto,yaque se desperdicia una fase del inversor.Esmásrecomendable cambiaramotortrifásico. ¿Se puede alimentar un inversoren dos fases? Un inversordiseñadoparatresfasesse puede utilizarconalimentaciónde dosfases,siempre y cuandola alarma por pérdidade fase de alimentaciónnoexistaose puedaanular.Es necesariotomarencuentaque la corriente que se consumiráenlaentradaes 1.732 vecesla corriente de cada fase de la salida,valorque hayque utilizarparala seleccióndel equipo. Tambiénexistenalgunosmodelosde inversoresdiseñadosparaserconectadosa 2 o 3 fases, son de bajapotencia,generalmentealcanzanunacapacidadmáximade 5HP. ¿Se puedenusar capacitores de corrección de factor de potenciacon un inversor? No esrecomendableutilizarcapacitoresenformaindividual,puestoque el factorde potencia de desplazamientode losinversoresesprácticamente unitario.Losinversoresdeterioranel factor de potenciaal producirarmónicas,por loque loscapacitarespor sí solosnoayudana mejorarlo. Lo ideal esrealizarunestudiocompletode calidadde energíayrealizarloscálculos pertinentesdel factorde potenciatomandoencuentalasarmónicas. ¿Los inversoresproducenarmónicas? Los variadoresde velocidadcuentanenlaentradaconrectificadores,ya susalidacargan un capacitor para transformarel voltaje acorriente directa,porloque el flujode corriente tiene una formade onda muydiferente alasenoidal,causandodistorsiónarmónicaenlalíneade alimentación. Se recomiendael usode reactoresy/ofiltrosde armónicosparamitigarestadistorsión.
  4. 4. ¿Los inversoresahorran energía? Cuandoun motorse operaa una velocidadmenoralanominal,el motorconsume menos energía. En el caso de ventiladoresybombascentrífugas,lascuálesgeneralmentesoncontroladas mediante restriccionesde flujoque desperdicianenergía,el ahorroesmuchomayorpuesto que la energíavaría en formaproporcional al cubode lavelocidad. Enseguidase presentanlasformulasylacurva característicade bombasy ventiladores. FlujooCaudal = Q1/Q2 = n1/n2 Presión=H1/H2 = (n1/n2)2 Potencia= P1/P2 = (n1/n2)3 Donde: Q1 = Caudal Nominal Q2 = Caudal Reducido H1 = PresiónNominal H2 = PresiónReducida P1 = PotenciaNominal P2 = PotenciaReducida n1 = VelocidadNominal n2 = VelocidadReducida ¿Se puede manejar un motor arriba de su velocidadnominal? Mediante el usode un inversor,esposible llevaral motorporencimade su velocidadnominal, haciéndolooperarenlallamadazonade HP's constantes,esdecir,el motorentregalosHP's nominales,entregandounparque se reduce a medidaque se aumentasuvelocidad.
  5. 5. Existengráficasque nosmuestranel comportamientode losmotoreseléctricoscuando sobrepasamoslavelocidadbase,ovelocidadnominal. Esta grafica nosmuestraque cuandollegamosala velocidadbase,tenemosel torque máximo del motor,enel momentoque sobrepasamosdichavelocidadcomenzamosatenerperdidade torque,este factorrepercute ampliamenteencualquieraplicaciónyaque unade las principalesventajasque nosproporcionaunvariadorde velocidadestenercontrol de velocidadmanteniendoel torque. ¿Qué esla regeneración? Cuandose reduce la velocidadde uninversor,lacargaque mueve tiende aseguiren movimientoporsuinercia.Mientraslasvelocidadesse igualan,el motorse comporta temporalmentecomogenerador,yestohace que el voltaje de corriente directaenel inversor aumente.Este fenómenoesconocidocomoregeneración,yocurre cuandolavelocidad rotacióndel motores mayorque la velocidaddel motorala frecuenciade salidadel inversor. Esto puede provocardisparosporsobre voltaje.Estose corrige utilizandoresistenciaso unidadesde frenado. ¿Qué es un inversorregenerativo? Se le llamavariadorregenerativocuandoeste posee unaetapaespecialconel finde que la potenciaque el motorpuedagenerarporinerciade la carga sea regresadaa lalíneade alimentación. ¿Cuándo se requierenunidadesy resistenciasde frenadoregenerativo? Cuandose requiere frenarunacarga enun tiempoinferioral tiempode paronatural de la máquina,obiencuandoel motor actúa contra la gravedad,comoenel caso de grúas y elevadores.Losinversoresposeenunacapacidadde frenadoinherente (sinutilizartransistoro unidadde frenado) de alrededorde 10% de torque nominal.Si lademandade frenadoes mayor que este porcentaje,entoncesesforzosoutilizarfrenadoregenerativo.Algunos modelosde inversoresyaincluyenel transistorde frenado,mientrasque otrosrequierende la adiciónde unidadesexternasde frenado.Enamboscasosesnecesarioagregarademás resistenciasde frenado,se usan comosinónimoslosconceptosde Frenadodinámicoyfrenado regenerativo,sinembargoexiste diferenciaentre ellos. El frenadodinámicoesel métodomáscomúnpara manejarlaregeneración,medianteuna resistencia,lacual transformaestaenergíaregeneradaenformade calor.
  6. 6. Durante la regeneraciónel control del drivesensael voltaje presenteenel busde CD.Cuando el busalcanza alrededorde 750VDC (endrivesde 460V) el circuitode control enciende el séptimoIGBT,permitiendoque lacorriente pase a travésde la resistenciacausandoasíla disipación. El frenadoregenerativoempleaunaunidadregenerativaporlogeneral externa,estaunidad regenerativainvierte el voltaje del busylomandaa la líneade CA. La unidadregenerativadetectael excesode voltaje enel busde CDy lostransistoresde regeneracióninviertenlaCDdel busenCA que esregresadaa la líneade alimentación Se requiere de unfrenadodinámicooregenerativocuandose presentaunaotodaslas características siguientes: • Altainerciaenlacarga comparadacon la capacidadde torque del motor • La aplicaciónrequierefrecuentesobruscoscambiosde velocidad • Las pérdidasenel sistemanoalcanzanparadetenerel motorenel tiempoadecuado
  7. 7. En aplicacionesdonde laregeneraciónescontinuaesconvenienteemplearunaunidad regenerativaenlugarde unaresistenciade frenado.

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