ACCIONAMIENTO DE FRECUENCIA VARIABLE (VFD)

El accionamiento de frecuencia variable (VFD por sus siglas en inglés) controla el funcionamiento de un motor y optimiza su funcionamiento al aprovechar las diferentes funciones que puede ofrecer un VFD. Los VFD solo se utilizan con los motores de CA, no con los motores de tipo CC.

Los motores eléctricos se han convertido en una parte esencial de la industria. En casi todos los tipos y formas, el motor acciona diferentes funciones que son innumerables. Desde mezcladores de alta velocidad hasta una cinta transportadora en una línea de envasado, el sistema permanece incompleto sin la participación del motor y su control es un paso muy crítico. 

Anteriormente, el método más común para controlar el motor era a través de mecanismos basados en cajas de cambios. La caja de cambios solo permitía una capacidad limitada de control, con dificultad de operación y mantenimiento. Además, el procedimiento de sustitución también requería mucho tiempo y era difícil de realizar. 

Funcionamiento

El accionamiento de frecuencia variable controla la velocidad del motor al variar la frecuencia que se le suministra. La velocidad del motor está directamente relacionada con la frecuencia, por lo que podemos controlar eficazmente la velocidad del motor al modificar la frecuencia según nuestras necesidades.

El funcionamiento del accionamiento de frecuencia variable tiene tres pasos principales.

1. Conversión de CA a CC

En esta etapa, el voltaje entrante de CA se convierte al tipo de CC. Un rectificador puente que tiene seis diodos constituye el circuito que realiza esta función. La salida de CC en esta etapa tiene ondas que no sirven de nada y atenúa la señal. Las ondas de CA se eliminan y se envían a la siguiente etapa.

2. Sección de filtro

En esta etapa, se debe eliminar cualquier onda en el voltaje de CC de la etapa anterior. La salida del convertidor se convierte en la entrada al circuito del condensador que sirve como filtro. Este filtro elimina el filtro dando como resultado una forma de onda de CC suave.

3. Conversión de CC a CA 

Esta es la etapa final que produce como resultado una salida, lista para el uso del motor. En esta etapa, la CC se convierte de nuevo a la forma de CA y se denomina etapa inversora. Por lo tanto, esta es la razón del otro nombre de VFD, es decir, inversor. En este caso, la conversión se realiza mediante el uso de dispositivos electrónicos de potencia, llamados IGBT, y la técnica se denomina modulación de la duración de pulso.

Ventajas

El accionamiento de frecuencia variable puede ser ventajoso de muchas maneras dependiendo de la aplicación particular en la que encuentre su aplicación. Sin embargo, existen algunas ventajas comunes en todas las industrias que producen su dominio y confiabilidad.

El accionamiento de frecuencia variable puede realizar muchas funciones para el motor. Eso significa que puede usar un solo VFD para más de una aplicación, sin la necesidad de ningún equipo adicional.

Flexibilidad en el control de velocidad 

El VFD puede utilizarse para operar el motor a diferentes niveles sin problemas. Dependiendo de la aplicación, podemos utilizar un sistema manual mediante potenciómetro, mediante PLC o controlador. También podemos fijar la velocidad al mismo nivel.

Aumento y disminución graduales

En algunas aplicaciones, principalmente en el sistema de movimiento mecánico, la velocidad del motor debe aumentar gradualmente hasta el valor máximo y, de manera similar, disminuir gradualmente hasta los niveles cero. El motivo es que se puede causar desgaste en el sistema mecánico. El VFD opera el motor en este procedimiento, a menudo llamado aumento y disminución graduales, respectivamente.

Reemplazo fácil

Podemos reemplazar el VFD sin ningún procedimiento sustancial ni que requiera mucho tiempo. Solo es necesario volver a conectar el cableado después de que se instale el nuevo VFD. El procedimiento de reemplazo también está libre de problemas ya que el VFD se encuentra en un lugar accesible, en el panel eléctrico.

La programación también es sencilla. Puede parametrizar el VFD con los botones del panel de control local, sin necesidad de software adicional.

Sistema de seguridad incorporado

El accionamiento de frecuencia variable tiene muchas características de seguridad, tanto para el motor como para el VFD. En caso de cualquier problema con el motor, este obliga a detener la operación, hasta que desaparezca la falla. Esta capacidad permite un trabajo seguro sin gastar en componentes de seguridad adicionales.

Cómo seleccionar un VFD para su aplicación

Cuando hablamos de usos de motores, existen muchos tipos de motores, cada uno diseñado para un requisito de potencia en particular. Al seleccionar un VFD para diferentes tipos de motores, los siguientes son los puntos principales a considerar.

Voltaje de entrada 

El voltaje de entrada es el voltaje que se usa para encender el VFD. Algunos VFD requieren una entrada trifásica de 380-400 V, mientras que otros requieren una sola fase de 220-230 V.

Voltaje de salida

El voltaje de salida es el voltaje que sale directamente al motor y se usa para operarlo. El voltaje de salida puede ser monofásico 220-230V o trifásico 380-400V. El motivo para esto es porque algunos motores son monofásicos y otros son trifásicos.

Capacidad de carga

La capacidad de carga es el parámetro que describe la carga que un VFD puede soportar. Depende del tamaño del motor. Un motor pequeño requiere una pequeña capacidad de carga mientras que uno grande exige una gran capacidad de carga. Se indica en kW (kilovatios) o HP (caballos de fuerza) o A (amperios).

Método de control del motor

Esta función describe el método mediante el cual el VFD controla el motor. Incluye un arranque/parada de motor y comandos para controlar la velocidad del motor.

Control de velocidad

Para el control de velocidad, se pueden utilizar los siguientes métodos.

• Potenciómetro externo: El potenciómetro externo se utiliza para controlar la salida del VFD, que controla directamente la velocidad del motor.
• Señales de referencia: En este método, se utiliza un PLC o un controlador para generar señales analógicas a la entrada del VFD designado. Estas señales analógicas se utilizan luego para controlar la salida del VFD, lo que da como resultado diferentes niveles de velocidad. Las señales de referencia pueden ser de 0 a 10 voltios o de 4 a 20 mA.

Arranque/parada del motor 

Los siguientes métodos son los más comunes para los controles de arranque y parada del motor:

• Botón de inicio/parada: El motor arranca/se detiene con un botón externo. 
• PLC/controlador: el PLC o un controlador se utiliza para generar la salida digital que ingresa en la entrada digital del VFD.

Métodos de trabajo en red

Estos permiten que el VFD se comunique en la red. Pueden ser de tipo serial o de Ethernet.