Un variador de frecuencia (VFD) es un controlador de motor para sistemas de accionamiento electromecánicos que controla la velocidad y el par de un motor de CA variando la frecuencia de entrada del motor y controlando los cambios de voltaje o corriente correspondientes según la topología. Desempeña un papel importante en las funciones de regulación de velocidad de frecuencia variable, ahorro de energía y protección. Sin embargo, ¿cómo debemos seleccionar el VFD correcto? Este artículo es una guía básica sobre cómo seleccionar un VFD.
En general, es recomendable considerar la selección del VFD de acuerdo con el tipo de objetos controlados, el rango de regulación de la velocidad, la precisión de la velocidad estática y los requisitos de par de arranque, etc.
para que sea útil y económico mientras cumple con los requisitos de proceso y producción.
Cuanto más sepa sobre los VFD que necesita para su aplicación, más fácil le resultará seleccionar el VFD adecuado.
Antes de sumergirse en la selección de un VFD, es una buena idea recopilar información básica de la placa de identificación del motor para ayudarlo a elegir el VFD correcto, que es la siguiente.
- Caballos de fuerza
- Amperios a plena carga (FLA)
- Voltaje
- RPM
- Factor de servicio
- Clasificado para servicio de inversor (no en la placa de identificación)
La información adicional se determinará en función de los requisitos de su sistema y aplicación.
- Tipo de carga(par constante o par variable)
- Rango de velocidad y método de control (se requiere protocolo de comunicación PLC, señal de 4-20 mA, etc.)
- Necesidades de gabinetes especiales (donde se montará el VFD, interior/exterior/etc.)
Después de que tenga la información en la placa de identificación del motor y cómo desea instalar y controlar el VFD, es hora de conocer algunas especificaciones importantes para cada VFD que lo ayudarán a decidir qué es lo mejor para usted.
Especificaciones de la unidad
amperios de carga completa (FLA)
Los amperios a plena carga se utilizan para determinar el tamaño del inversor. El FLA de su motor debe coincidir con la clasificación actual del VFD que está considerando. Además, puede comprar un VFD con una clasificación de corriente superior a la que requiere su motor como medida de seguridad. que proporciona un pequeño colchón para su aplicación. Esto es especialmente importante si tiene una carga de alta inercia o una carga que es difícil de arrancar. Una clasificación de corriente sobredimensionada del VFD le permitirá funcionar mejor y ser más confiable a largo plazo. ya que no está funcionando a la capacidad máxima del VFD.
Caballos de fuerza (CV)
Conocer la carga o la potencia del motor es una buena manera de reducir sus opciones para adaptarse a su aplicación. pero no debe usarse como referencia directa para determinar el VFD. Debido a las variables de los requisitos de carga, como RPM (un motor de 900 RPM tiene requisitos de amperaje muy diferentes a los de un motor de 3600 RPM), es probable que el dimensionamiento de un VFD basado simplemente en HP le cause problemas.
Tensión y fase
Para una entrada trifásica, es fundamental hacer coincidir el voltaje del VFD y el motor con el voltaje disponible en el campo. Por lo general, es 208, 230 o 460 VCA para aplicaciones de bajo voltaje en los EE. UU.
Para una entrada monofásica, hay algunas cosas más a tener en cuenta. En el caso de que tenga un motor trifásico, pero solo potencia monofásica,
el VFD puede actuar como un convertidor de fase. Si su carga es de 3 HP (aproximadamente un motor de 230 V CA con un FLA de menos de 13,3 amperios) o menos,
hay varios variadores de entrada monofásicos a considerar. Si su motor tiene más de 3 hp, puede usar un variador hecho para una entrada trifásica,
siempre y cuando haya sido debidamente rebajado. Como regla general, deberá multiplicar el FLA del motor por 2 y luego seleccionar un VFD clasificado al doble del FLA del motor.
Por ejemplo, si tiene un motor de 10 HP con un FLA de 28 amperios, necesitará un VFD de más de 56 amperios para aproximadamente 20 HP.
También es beneficioso utilizar un reactor de línea cuando se aplica alimentación de entrada monofásica al variador. Esto se debe a que los VFD pueden contaminar la energía.
Cuando se utilizan como convertidores de fase, son aún más contaminantes para la calidad de la energía.
Tipo de carga (par constante o par variable)
Debe seleccionar un accionamiento de par variable o de par constante según la aplicación.
Si el dispositivo que se acciona es un dispositivo centrífugo simple, como un ventilador o una bomba, entonces será más adecuado un accionamiento de par variable.
Las aplicaciones centrífugas rara vez superan la corriente nominal, por lo que un variador de par variable solo requiere el 120 % de la capacidad de corriente de sobrecarga durante un minuto.
Además, los accionamientos de par variable pueden proporcionar el máximo ahorro de energía. Por ejemplo, se requiere menos par para hacer funcionar el ventilador al 50 % que a toda velocidad.
La operación de torque variable permite que el motor aplique solo el torque requerido, lo que reduce el consumo de energía, que es uno de los muchos beneficios de los VFD.
Para aplicaciones más pesadas que requieren un par constante a todas las velocidades, se necesitan VFD de par constante, como transportadores, bombas de desplazamiento, punzonadoras y extrusoras.
Por ejemplo, un transportador funciona constantemente, pero a medida que se agrega peso a la banda, requiere más potencia, por lo que su transmisión debe ser capaz de lidiar con esta diferencia.
Y es por eso que los VFD de par constante necesitan un mínimo del 150 % de la capacidad de corriente de sobrecarga de un minuto para evitar picos de carga.
Rango de velocidad
El VFD permite que el motor funcione por debajo y por encima de la velocidad. En general, un motor no debe funcionar a menos del 20 % de su velocidad máxima permitida especificada.
Cuando se hace funcionar un motor a menos de esta velocidad sin precauciones para protegerlo, el motor se sobrecalentará.
Si tiene la intención de hacer funcionar su motor a bajas velocidades, se deben tomar las precauciones adecuadas para proteger su motor, como usar un ventilador de enfriamiento auxiliar separado.
Un VFD también puede hacer que un motor funcione más rápido que el valor de velocidad en su placa de identificación. Como regla general, los motores no deben funcionar a más del 20 % de su velocidad nominal. Tenga en cuenta que cuando supere la velocidad de diseño, perderá par.
Además, debe asegurarse de que su motor no funcione constantemente por encima de la clasificación FLA.
Métodos de control
Al comprar un VFD, deberá tener claro su método de control. Muchos usuarios necesitan comunicaciones Ethernet para obtener la información correcta desde sus variadores hasta los PLC y los sistemas de automatización de la producción. Cada vez más operaciones recurren a estos sistemas de comunicación avanzados, pero algunas unidades económicas no incluyen estas opciones.
La siguiente es información sobre algunos de los métodos de control:
- Control de 2 hilos o control de 3 hilos (el control de 2 hilos suele ser un interruptor de retención con la posición de apagado deteniendo el accionamiento y la posición de encendido arrancándolo. El control de 3 hilos permite el uso de un botón de inicio y de parada.)
- Potenciómetro de velocidad: permite al operador establecer la velocidad del motor con un potenciómetro.
- Unidad de pantalla/programación digital: permite al operador programar y solucionar problemas del variador ingresando valores a través de un teclado a través de una unidad de pantalla LED o LCD. La unidad de visualización también se puede utilizar para controlar el funcionamiento del convertidor.
- Seguidor de señal analógica: 4-20 mA o 0-10 VCC; se debe proporcionar una entrada aislada para el VFD; se deben usar pares trenzados/blindados y los cables se deben mantener alejados de CA trifásica, especialmente PWM.
- Selección de velocidad del interruptor selector: permite al operador seleccionar entre varias velocidades preestablecidas. Si la velocidad se configura a través del PLC y no hay salida analógica, también se puede usar.
- Comunicaciones en serie: permite que los variadores de frecuencia se comuniquen en una red, como MODBUS RTU, permitiendo coordinar y monitorear el funcionamiento del variador desde una PC.
- Comunicaciones Ethernet: permite que los variadores de frecuencia se comuniquen en una red, como MODBUS TCP/IP, RTMoE (Movimiento en tiempo real sobre Ethernet), Ethernet/IP, etc.
- Las ranuras del módulo de integración del sistema están disponibles para instalar opciones adicionales de bus de campo, Ethernet, retroalimentación de posición, control de máquina y E/S extendidas.
Productos VFD personalizados
Al igual que los otros dispositivos, hay disponible una cantidad suficiente de accesorios para unidades VFD, que son los siguientes:
- Desconexión o disyuntor
- HOA (interruptor manual/apagado/automático)
- Luces piloto
- Omitir
- Reactor de línea
- Mitigación de armónicos
- TVSS
- filtro dV/dt
Puede ser difícil determinar la combinación perfecta de unidades y accesorios, ya que depende en gran medida del entorno, consideraciones reglamentarias y de aplicación.
Recomendaciones finales
Esta guía está dirigida al dimensionamiento de aplicaciones generales y no pretende ser una guía completa. Es posible que se requieran dimensiones y consideraciones especiales para algunas aplicaciones y cargas. Al dimensionar o especificar un VFD para cualquier aplicación, debe ser conservador y permitir cierto almacenamiento en búfer en las clasificaciones de sobrecarga y FLA. Esto es especialmente cierto si tiene una carga que es difícil de arrancar o que experimenta cargas pesadas durante la operación. Si tiene alguna pregunta sobre cómo seleccionar un VFD o tiene requisitos personalizados, póngase en contacto con el soporte técnico de STEPPERONLINE antes de comprar.