un Unidad de frecuencia variable (VFD) es un dispositivo que convierte energía de frecuencia fija (servicio público) en energía de frecuencia ajustable. Diferentes países utilizan diferentes frecuencias eléctricas, normalmente 50Hz o 60Hz. En aplicaciones de motores, los VFD se utilizan ampliamente para controlar la velocidad del motor, mejorar la eficiencia o adaptarse a diferentes condiciones de carga.
Dado que los VFD sirven como intermediarios entre la fuente de alimentación y el motor, la combinación adecuada entre el motor y el VFD es crucial. Diferentes características de carga del motor requieren diferentes especificaciones de rendimiento del VFD.
1. Relación voltaje-frecuencia en VFD
Para los motores de inducción, el par se genera por la interacción entre el flujo magnético y la corriente del rotor. Cuando se opera por debajo de la frecuencia nominal del motor:
• Si el voltaje permanece sin cambios, el flujo magnético puede saturarse, provocando sobrecalentamiento y posible quema del motor.
• Por lo tanto, el voltaje debe reducirse proporcionalmente a la frecuencia para mantener un flujo constante (control V/F).
• Este método se utiliza comúnmente en aplicaciones de ventiladores y bombas, donde el par de carga varía con la velocidad.
2. Variaciones actuales bajo diferentes modos de operación
Para motores de frecuencia de línea:
• Si el voltaje cae por debajo del valor nominal mientras se mantiene la misma potencia de salida, la corriente aumenta significativamente, lo que a menudo provoca que el devanado se queme, especialmente en configuraciones de energía temporales.
Para Motores accionados por VFD:
• Modo de potencia constante (funcionamiento a baja velocidad):
Si el motor debe entregar la misma potencia a velocidades más bajas, la corriente aumenta, lo que supone un riesgo de sobrecalentamiento.
• Modo de par constante:
La corriente permanece relativamente estable ya que la demanda de par no cambia drásticamente.
3. Prueba de un motor de 60 Hz con una fuente de alimentación de 50 Hz
Muchas instalaciones de pruebas nuevas están equipadas con fuentes de alimentación de frecuencia variable, lo que permite probar los motores a su frecuencia nominal. Sin embargo, los equipos de prueba o los talleres de reparación más antiguos pueden carecer de esta capacidad.
Solución para probar un motor de 60 Hz con potencia de 50 Hz:
• Dado que la frecuencia afecta la impedancia del motor, se debe ajustar el voltaje para evitar una corriente excesiva.
• Aplique una tensión de prueba reducida calculada como:
Voltaje de prueba = voltaje nominal/1,2
(Ejemplo: para un motor de 460 V, 60 Hz, pruebe a ~383 V, 50 Hz para evitar la saturación magnética).
1. Ruido eléctrico y EMI
La conmutación de alta frecuencia en los VFD puede causar interferencias electromagnéticas (EMI) que afectan a los equipos sensibles cercanos.
Soluciones: utilice cables blindados, conexión a tierra adecuada y filtros EMI.
2. Tensión del aislamiento del motor
Los VFD producen picos de alto voltaje (dv/dt), que pueden degradar el aislamiento del motor con el tiempo.
Mitigación: Utilice motores con clasificación VFD con aislamiento reforzado o instale filtros/estranguladores de salida.
3. Corrientes de rodamiento y daños
Las corrientes de alta frecuencia pueden inducir tensiones en el eje, lo que provoca estrías en los rodamientos y fallos prematuros.
Prevención: Utilice cojinetes aislados o anillos de puesta a tierra del eje.
4. Sobrecalentamiento a bajas velocidades
Dado que los ventiladores de refrigeración del motor pierden eficiencia a velocidades reducidas, puede ser necesaria una ventilación forzada para un funcionamiento prolongado a baja velocidad.
5. Distorsión Armónica
Los VFD introducen armónicos en el sistema de energía, afectando potencialmente a otros dispositivos conectados.
Solución: Instale filtros de armónicos o unidades de interfaz activa (AFE).
Mientras que los VFD ofrecen control de velocidad flexible y ahorro de energía, la aplicación inadecuada puede provocar daños al motor, ineficiencia e inestabilidad del sistema. La coordinación adecuada de voltaje y frecuencia, la compatibilidad del motor con el VFD y la mitigación de perturbaciones eléctricas son esenciales para un funcionamiento confiable.
Para motores de 60Hz Probado con una potencia de 50 Hz, la reducción de voltaje (V/1,2) es fundamental para evitar una corriente excesiva y una saturación magnética. Además, abordar EMI, estrés de aislamiento, corrientes de rodamientos y desafíos de enfriamiento Garantiza la confiabilidad del motor a largo plazo en sistemas impulsados por VFD.
