Mejora de la eficiencia industrial con el variador de frecuencia de bajo voltaje

El Variador de frecuencia de bajo voltaje (VFD), a menudo llamado simplemente VFD o variador de velocidad ajustable (ASD), es un componente crítico en las operaciones industriales y comerciales modernas. Su función principal es controlar la velocidad y el par de un motor de inducción de CA trifásico variando la frecuencia y el voltaje de la energía eléctrica suministrada al motor. Al operar en el rango de bajo voltaje, generalmente por debajo 690 voltios (V) , estos dispositivos se implementan ampliamente en prácticamente todos los sectores que utilizan motores eléctricos, desde la fabricación y HVAC hasta el tratamiento de agua y la manipulación de materiales.

Funcionalidad y operación principales

El operation of a Variador de frecuencia de bajo voltaje implica tres etapas principales:

1. Rectificador: El incoming AC (alternating current) power from the mains is first converted into DC (direct current) power. This stage typically uses diodes or silicon-controlled rectifiers (SCRs).

2. Autobús CC: El converted DC power is then stored in a capacitor bank, which acts as a filter to smooth the power and provide a stable DC voltage.

3. Inversor: Esta es la etapa más crucial. La alimentación de CC se vuelve a convertir en alimentación de CA simulada mediante sofisticados interruptores electrónicos de potencia, como transistores bipolares de puerta aislada (IGBT). Al encender y apagar rápidamente estos transistores usando una técnica llamada Modulación de ancho de pulso (PWM) , el VFD puede crear una salida de voltaje y frecuencia variable que controla con precisión la velocidad del motor.

Beneficios clave en la aplicación

El adoption of a Variador de frecuencia de bajo voltaje Ofrece numerosas ventajas significativas sobre los métodos tradicionales de control de motores:

• Ahorro de energía: Este suele ser el beneficio más convincente. Para aplicaciones como bombas y ventiladores, la potencia requerida es proporcional al cubo de la reducción de velocidad (las leyes de afinidad). Al reducir la velocidad del motor, aunque sea ligeramente, el consumo de energía cae drásticamente. Esto conduce a ahorros sustanciales de costos y una reducción de la huella de carbono.

• Mejora del control de procesos: Los VFD permiten un control de velocidad preciso y continuo, lo que permite una mejor regulación del flujo, la presión, la temperatura o cualquier otra variable que controle el motor. Esto da como resultado una mayor calidad del producto y una mejor estabilidad del proceso.

• Estrés mecánico reducido: A Variador de frecuencia de bajo voltaje proporciona una capacidad de arranque suave, aumentando gradualmente la velocidad del motor. Esto elimina las duras descargas mecánicas y eléctricas asociadas con el arranque "a través de la línea", lo que extiende la vida útil del motor, los engranajes, las correas y el equipo impulsado.

• Menor demanda máxima: Al eliminar la alta corriente de entrada durante el arranque, los VFD ayudan a las instalaciones a administrar su demanda eléctrica general, lo que puede generar cargos de facturación de servicios públicos más bajos según el uso máximo.

Consideraciones de diseño y selección

Al especificar un Variador de frecuencia de bajo voltaje , los ingenieros consideran varios factores para garantizar un rendimiento óptimo y la compatibilidad del sistema:

• Potencia del motor (HP) y voltaje: El VFD must be sized to match the motor's nominal voltage and current ratings.

• Clasificación del recinto: El VFD's enclosure must be suitable for the operating environment (e.g., NEMA 1 for indoor/clean areas, NEMA 4X for washdown/corrosive areas).

• Método de control: Los VFD modernos utilizan varios algoritmos de control, como Voltios por Hercio (V/Hz) , Control vectorial sin sensores (SVC) , o Control de vectores de flujo , y los dos últimos ofrecen un mayor control del par, especialmente a bajas velocidades.

• Mitigación armónica: El switching process inside the VFD can create electrical harmonics that may distort the power quality of the electrical grid. Selecting a drive with built-in or external harmonic filters is often necessary to comply with power quality standards.

En conclusión, el Variador de frecuencia de bajo voltaje es una pieza indispensable de tecnología industrial, que sirve como piedra angular para un funcionamiento energéticamente eficiente y un control de procesos dinámico y preciso en todo el espectro de aplicaciones motorizadas.