Control de motores eléctricos con variador de frecuencia

El variador de frecuencia ha revolucionado la industria al proporcionar un control preciso sobre la velocidad de los motores eléctricos.

En este artículo, profundizaremos en qué es un variador de frecuencia, los diferentes tipos disponibles, cómo actúan, y su impacto en el rendimiento y la eficiencia de los motores eléctricos.

¿Qué es un variador de frecuencia?

Un variador de frecuencia es un dispositivo electrónico de control que ha revolucionado la industria al proporcionar una manera eficiente de gestionar y ajustar la velocidad de motores eléctricos.

Su función principal radica en modificar la frecuencia de la corriente alterna (ca) suministrada a un motor, lo que a su vez regula la velocidad de rotación del mismo. Este control preciso y dinámico ofrece una versatilidad incomparable en comparación con métodos de control tradicionales. 

El variador de frecuencia consta de varios componentes esenciales, siendo uno de ellos el convertidor de entrada.

Convertidor de entrada

En esta etapa, los transistores bipolares desempeñan un papel fundamental al convertir la corriente alterna de la red eléctrica en corriente continua. Este proceso permite una mayor flexibilidad en el control de la energía suministrada al motor.

Bus de CC

El siguiente elemento clave es el bus de cc (corriente continua), donde la energía convertida se almacena temporalmente antes de pasar a la siguiente fase.

La etapa del inversor es donde la corriente continua se convierte nuevamente en corriente alterna, permitiendo variar la frecuencia y, por ende, la velocidad del motor de manera controlada y eficiente.

Finalmente, la etapa de salida del variador de frecuencia proporciona la corriente alterna modificada al motor, permitiendo ajustes dinámicos y precisos en su velocidad de funcionamiento.

Diferentes tipos de variadores de frecuencia

Existen varios tipos de variadores de frecuencia, cada uno diseñado para satisfacer necesidades específicas. Algunos de ellos incluyen:

• Variadores de Frecuencia de Corriente Continua (cc): Ideal para motores de corriente continua, estos variadores convierten la corriente alterna en continua utilizando transistores bipolares.
• Variadores de Frecuencia de Corriente Alterna (ca): Más comunes en motores de corriente alterna, permiten ajustar la velocidad de manera flexible y eficaz.
• Variadores de Velocidad Constante (CVC): Mantienen la velocidad constante bajo condiciones variables, ideales para aplicaciones donde la velocidad precisa es crucial.
• Variadores de Torque Constante (CTV): Ajustan el torque del motor según las demandas, siendo útiles en aplicaciones que requieren cambios frecuentes en la carga.

Cómo actúan los variadores de frecuencia

El funcionamiento de un variador de frecuencia se divide en cuatro etapas principales: convertidor de entrada, bus de cc, inversor y salida. Los transistores bipolares en el convertidor de entrada convierten la corriente alterna en continua.

Luego, la energía se almacena en un bus de cc. En la etapa del inversor, la corriente cc se convierte nuevamente en ca, permitiendo el control preciso de la frecuencia y, por ende, de la velocidad del motor en la etapa de salida.

El variador de frecuencia permite una regulación continua de la velocidad del motor al alterar la frecuencia de la corriente suministrada. Este control dinámico es particularmente útil en entornos industriales donde la demanda de energía varía constantemente.

Además, este dispositivo puede adaptarse a diferentes tipos de motores, ya sean de corriente continua (cc) o de corriente alterna (ca), ampliando su versatilidad y aplicabilidad. El uso de estos equipos ha revolucionado la Transformación digital en mantenimiento industrial.

Las aplicaciones prácticas de los variadores de frecuencia son vastas y abarcan desde la gestión de bombas y ventiladores hasta el control de motores en maquinaria industrial.

En entornos donde la eficiencia energética y la precisión en el control de la velocidad son fundamentales, los variadores de frecuencia se convierten en aliados esenciales para optimizar los procesos.

En definitiva, un variador de frecuencia representa una evolución significativa en el control de motores eléctricos, proporcionando un nivel de eficiencia y versatilidad que ha transformado la manera en que se abordan los desafíos de la automatización industrial.

Su capacidad para ajustar dinámicamente la velocidad de los motores lo convierte en una herramienta imprescindible en la búsqueda de mayor eficiencia y rendimiento en los procesos industriales modernos.

Características del uso con motores eléctricos: ventajas e inconvenientes

El uso de variadores de frecuencia en motores eléctricos presenta una serie de características que afectan directamente su rendimiento y eficiencia. Son de gran aplicación en los sistemas de automatización industrial.

A continuación, exploraremos tanto las ventajas como los inconvenientes asociados con esta tecnología.

Ventajas:

Control Preciso de la Velocidad: El variador de frecuencia permite ajustar la velocidad del motor de manera precisa, adaptándose a las necesidades específicas del proceso industrial.

Ahorro de Energía: Al evitar el funcionamiento constante a máxima potencia, se logra un significativo ahorro de energía, contribuyendo a la eficiencia energética y a la reducción de costos operativos.

Prolongación de la Vida Útil: La capacidad de ajustar la velocidad según las demandas específicas reduce el desgaste del motor, aumentando su vida útil y disminuyendo los costos de mantenimiento a largo plazo.

Inconvenientes:

Generación de Armónicos: El uso de variadores de frecuencia puede generar armónicos que afectan a otros equipos eléctricos y electrónicos en la red, lo que requiere medidas adicionales como la instalación de filtros para mitigar este efecto.

Costo Inicial Elevado: La implementación inicial de variadores de frecuencia puede suponer un costo significativo, aunque este suele amortizarse a lo largo del tiempo gracias a los ahorros de energía y mantenimiento.

Uso de Variadores de Frecuencia en Motores Trifásicos Asíncronos

Los variadores de frecuencia son especialmente beneficiosos en la gestión de motores trifásicos asíncronos, donde la capacidad de controlar la velocidad de manera precisa es esencial.

Esto resulta crucial en procesos industriales donde la demanda de energía varía, permitiendo ajustes dinámicos y optimizando el consumo eléctrico.

Para ello contamos con un desarrollo muy consolidado en los principales fabricantes:

• ABB
• Siemens
• Schneider Electric
• Mitsubishi Electric

Cómo ayuda un variador de frecuencia a reducir el consumo eléctrico y aumentar la vida útil de motores eléctricos

El uso de variadores de frecuencia proporciona beneficios sustanciales en términos de eficiencia energética y vida útil de los motores eléctricos.

Al ajustar la velocidad según las necesidades específicas del proceso, se evita el funcionamiento constante a máxima potencia, generando un ahorro de energía significativo.

Este control preciso también reduce el desgaste del motor, contribuyendo a aumentar su vida útil y disminuir los costos de mantenimiento a lo largo del tiempo. El uso de estos equipos por sus ventajas está abalado por la Asociación Española del Mantenimiento.

Conclusiones

En conclusión, el variador de frecuencia se posiciona como una herramienta indispensable en el control de motores eléctricos.

A pesar de algunos inconvenientes, las ventajas en términos de control de velocidad, ahorro de energía y prolongación de la vida útil hacen que su implementación sea una elección estratégica en numerosas aplicaciones industriales.

Para aquellos que buscan profundizar en el conocimiento de tecnologías industriales como los variadores de frecuencia, se recomienda encarecidamente el Curso de Mantenimiento Industrial.

Este curso proporciona una formación integral en el mantenimiento de equipos industriales, abordando aspectos clave como la gestión de sistemas eléctricos y el control de motores.

La combinación de habilidades en control de motores y mantenimiento industrial prepara a los profesionales para enfrentar desafíos complejos en el ámbito industrial de manera efectiva.