VARIACIÓN DE VELOCIDAD EN MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA.

VARIACION DE VELOCIDAD PARA MOTORES DE CA.


Solamente variando la frecuencia de alimentación al motor, se consigue variar la velocidad SIN MODIFICAR EL BOBINADO. El variar la frecuencia de la red, significa para el motor, un cambio sustancial de las condiciones eléctricas del motor, lo que obliga a un reajuste de otros parámetros como lo es principalmente el de la tensión.

Los variadores de velocidad son aparatos electrónicos cuya base fundamental es el tiristor, teniendo como misión la de variar la frecuencia de alimentación del motor, para así conseguir distintas velocidades. Ahora bien un aumento de la frecuencia exige un aumento de la tensión y una disminución de la frecuencia, reducción de la tensión.
La tensión y la frecuencia, varían siempre en igual proporción. Si bajara la frecuencia y no la tensión, la intensidad de corriente aumentaría tanto que podría quemarse el motor.

Lo importante en estos variadores de frecuencia es el conseguir una modulación senoidal de la corriente que alimenta el motor para que pueda dar el más elevado par nominal.

Manteniendo constante la relación v1/f1, se obtiene una regulación de de velocidad a par constante.

Alcanzada la tensión nominal, puede seguirse regulando la velocidad del motor, aumentando la frecuencia, pero manteniendo la tensión nominal. En este caso habrá una disminución de la potencia y el par.


Los convertidores de frecuencia pueden dividirse en cuatro componentes principales:

1. El rectificador, que está conectado a una red de CA mono/trifásica y genera una tensión de CC pulsatoria. Hay dos tipos básicos: regulados y no regulados (diodos y tiristores.

2. El circuito intermedio. Hay tres tipos:

a) Uno que convierte la tensión del rectificador en CC.
b) Otro que estabiliza o suaviza la tensión de CC pulsatoria y la pone a disposición del inversor.
c) Otro que transforma la tensión constante de CC del rectificador en una tensión de CA variable.

3. El inversor, que genera la frecuencia de la tensión del motor.
Algunos inversores también pueden transformar la tensión de CC constante en
tensión de CA variable.


4. Los equipos electrónicos del circuito de control, que intercambian señales con el rectificador, el circuito intermedio y el inversor.

La característica común de los convertidores de frecuencia es que el circuito de control utiliza señales para activar y desactivar los semiconductores del inversor.


VARIADORES DE FRECUENCIA.

Algunos importadores inescrupulosos, llaman "inverters" a los variadores de velocidad para motores asincrónicos trifásicos, utilizando un término técnico inglés para engañar a sus clientes haciéndoles creer que estos aparatos no se fabrican en el pais en cuestión.

Un "Inverter" es un ondulador que convierte una tensión de corriente continua, que puede ser de una batería en una tensión de corriente alternada.
Para que se entienda la diferencia que existe entre un "Inverter" y un Variador electrónico de frecuencia, haremos una introducción sobre los variadores, que son aparatos automatizados de control para poder controlar la velocidad en los motores asincrónicos.

¿Para que se utiliza el Variador de frecuencia ?

El motor de corriente alterna, a pesar de ser un motor robusto, de poco mantenimiento, liviano e ideal para la mayoría de las aplicaciones industriales, tiene el inconveniente de ser un motor rígido en cuanto a su velocidad. La velocidad del motor asincrónico depende de la forma constructiva del motor y de la frecuencia de alimentación.
Como la frecuencia de alimentación que entregan las Compañías de electricidad es constante, la velocidad de los motores asincrónicos es constante, salvo que se varíe el número de polos o la frecuencia.
El método más eficiente de controlar la velocidad de un motor eléctrico es por medio de un variador electrónico de frecuencia. No se requieren motores especiales, son mucho más eficientes y tienen precios cada vez más competitivos.

El variador de frecuencia regula la frecuencia del voltaje aplicado al motor, logrando modificar su velocidad. Sin embargo, simultáneamente con el cambio de frecuencia, debe variarse el voltaje aplicado al motor para evitar la saturación del flujo magnético con una elevación de la corriente que dañaría el motor.

¿Como está compuesto un variador de frecuencia ?

Los variadores de frecuencia están compuestos por :
• Etapa Rectificadora. Convierte la tensión alterna en continua mediante rectificadores de diodos, tiristores, etc.
• Etapa intermedia. Filtro para suavizar la tensión rectificada y reducir la emisión de armónicos.
• Inversor o "Inverter". Convierte la tensión continua en otra de tensión y frecuencia variable mediante la generación de pulsos. Actualmente se emplean IGBT´s (Isolated Gate Bipolar Transistors) para generar los pulsos controlados de tensión. Los equipos más modernos utilizan IGBT´s inteligentes que incorporan un microprocesador con todas las protecciones por sobrecorriente, sobretensión, baja tensión, cortocircuitos, puesta a masa del motor, sobretemperaturas, etc.
• Etapa de control. Esta etapa controla los IGBT para generar los pulsos variables de tensión y frecuencia. Y además controla los parámetros externos en general, etc.
Los variadores mas utilizados utilizan modulación PWM (Modulación de Ancho de Pulsos) y usan en la etapa rectificadora puente de diodos rectificadores. En la etapa intermedia se usan condensadores y bobinas para disminuir las armónicas y mejorar el factor de potencia. Los fabricante que utilizan bobinas en la línea en lugar del circuito intermedio, pero tienen la desventaja de ocupar más espacio y disminuir la eficiencia del variador.
El Inversor o Inverter convierte la tensión continua de la etapa intermedia en una tensión de frecuencia y tensión variables. Los IGBT envían pulsos de duración variable y se obtiene una corriente casi senoidal en el motor.

La frecuencia portadora de los IGBT se encuentra entre 2 a 16kHz. Una portadora con alta frecuencia reduce el ruido acústico del motor pero disminuye el rendimiento del motor y la longitud permisible del cable hacia el motor. Por otra parte, los IGBT´s generan mayor calor.
Las señales de control para arranque, parada y variación de velocidad (potenciómetro o señales externas de referencia) estén aisladas galvánicamente para evitar daños en sensores o controles y evitar ruidos en la etapa de control.

Aplicaciones de los Variadores de frecuencia .

Los variadores de frecuencia tienen sus principales aplicaciones en los siguientes tipos de máquinas:
• Transportadoras. Controlan y sincronizan la velocidad de producción de acuerdo al tipo de producto que se transporta, para dosificar, para evitar ruidos y golpes en transporte de botellas y envases, para arrancar suavemente y evitar la caída del producto que se transporta, etc.
• Bombas y ventiladores centrífugos. Controlan el caudal, uso en sistemas de presión constante y volumen variable. En este caso se obtiene un gran ahorro de energía porque el consumo varía con el cubo de la velocidad, o sea que para la mitad de la velocidad, el consumo es la octava parte de la nominal.
• Bombas de desplazamiento positivo. Control de caudal y dosificación con precisión, controlando la velocidad. Por ejemplo en bombas de tornillo, bombas de engranajes. Para transporte de pulpa de fruta, pasta, concentrados mineros, aditivos químicos, chocolates, miel, barro, etc.
• Ascensores y elevadores. Para arranque y parada suaves manteniendo la cupla del motor constante, y diferentes velocidades para aplicaciones distintas.
• Extrusoras. Se otiene una gran variación de velocidades y control total de de la cupla del motor.
• Centrífugas. Se consigue un arranque suave evitando picos de corriente y velocidades de resonancia.
• Prensas mecánicas y balancines. Se consiguen arranques suaves y mediante velocidades bajas en el inicio de la tarea, se evitan los desperdicios de materiales.
• Máquinas textiles. Para distintos tipos de materiales, inclusive para telas que no tienen un tejido simétrico se pueden obtener velocidades del tipo random para conseguir telas especiales.
• Compresores de aire. Se obtienen arranques suaves con máxima cupla y menor consumo de energía en el arranque.
• Pozos petroleros. Se usan para bombas de extracción con velocidades de acuerdo a las necesidades del pozo.
• Otras aplicaciones. Elevadores de cangilones, transportadores helicoidales, continuas de papel, máquinas herramientas, máquinas para soldadura, pantógrafos, máquinas para vidrios, fulones de curtiembres, secaderos de tabaco, clasificadoras de frutas, conformadoras de cables, trefiladoras de caños, laminadoras, mezcladoras, trefiladoras de perfiles de aluminio, cable, etc, trituradoras de minerales, trapiches de caña de azucar, balanceadoras, molinos harineros, hornos giratorios de cemento, hornos de industrias alimenticias, puentes grua, bancos de prueba, secadores industriales, tapadoras de envases, norias para frigoríficos, agitadores, cardeadoras, dosificadoras, dispersores, reactores, pailas, lavadoras industriales, lustradoras, molinos rotativos, pulidoras, fresas, bobinadoras y desbobinadoras, arenadoras, separadores, vibradores, cribas, locomotoras, vehículos eléctricos, escaleras mecánicas, aire acondicionado, portones automáticos, plataformas móviles, tornillos sinfin, válvulas rotativas, calandras, tejedoras, chipeadoras, extractores, posicionadores, etc.

Industrias donde se utilizan

Metalúrgicas : Caños, chapas y laminados, perfiles de hierro, aluminio, cables, tornerías, electrodomésticos, revestimiento de caños, fundiciones, fresadoras, electrodos, etc.
Alimenticias : Panificadoras, galletitas, pastas secas, pastas frescas, chocolates, golosinas, lácteos, azúcar, margarinas, frigoríficos, faenas, quesos, grasas animales, molinos harineros, mantecas, criaderos de pollos, aceiteras, frutícolas, jugueras, aguas minerales, bodegas vitivinícolas, cerveceras, productos balanceados, etc.
Construcción : Edificios, autopistas, cementeras, tejas, azulejos, pisos, ladrillos, bloques, fibrocemento, pretensados, aberturas, sanitarios, membranas asfálticas, caleras, arenas especiales, etc.
Automovilísticas : Montadoras de autos, montadoras de camiones, ómnibus, auto partes, tapizados, plásticos, radiadores, neumáticos, rectificadora de motores, etc.
Plásticos : Perfiles, poliestireno, telgopor, impresoras, batches, envases, juguetes, muebles, bolsas, etc.
Papeleras : Papel, cartón, corrugados, cajas, papel higiénico, bobinas, bolsas, envases, etc.
Cueros : Curtiembres, tintorerias, cuerinas, calzados, ropas, etc.
Químicas : Laboratorios medicinales, pinturerias, adhesivos, detergentes, jabones, explosivos, acrílicos, anilinas, insecticidas, fertilizantes, petroquímicas, etc.
Petroleras : Petroleos, refinerias, lubricantes, destilerías, etc.
Textiles : Tejidos, tintorerias, lavaderos, hilanderías, etc.
Madereras : Aserraderos, muebles, impregnadoras, laminados, tableros, terciados, etc.
Caucho : Neumáticos, gomas, latex, etc.
Otras : Aeronáuticas, tabacaleras, vidrio, aguas sanitarias, cerealeras, universidades, empresas de ingeniería, minería, acerías, agropecuarias, preparadores de vehículos de competición, etc.