La elección del método de arranque del motor afecta directamente el rendimiento del equipo, la vida útil y la estabilidad de la red. Entre varios métodos de inicio, Directo en línea (DOL) y Unidad de frecuencia variable (VFD) son los dos más comunes. Si bien difieren significativamente en principio y aplicación, un análisis más profundo revela sorprendentes similitudes en sus fundamentos electromagnéticos, conversión de energía y características de respuesta de carga.
DOL es el método de arranque más simple, conectando el motor directamente a la fuente de alimentación a pleno voltaje mediante un contactor o interruptor.
Principios clave:
Operación: Cuando se energiza, el estator aplica instantáneamente voltaje completo, creando un fuerte campo magnético que induce el movimiento del rotor hasta alcanzar la velocidad nominal.
Oleada actual: En el arranque, el rotor está estacionario, lo que genera una impedancia baja y una corriente de entrada alta (5 a 8 veces la corriente nominal o superior), lo que puede causar caídas de voltaje y perturbaciones en la red.
Características de par: Ofrece un alto par de arranque, ideal para aplicaciones de carga pesada.
Ventajas: Circuitos simples, bajo costo, fácil mantenimiento, inicio rápido.
Contras: El alto estrés mecánico o de corriente, inadecuado para motores grandes o redes débiles, puede reducir la vida útil del equipo.
El arranque VFD utiliza un inversor para ajustar el voltaje y la frecuencia para una aceleración controlada.
Principios clave:
Operación: El VFD convierte CA en CC y luego sintetiza CA de frecuencia variable para aumentar gradualmente la velocidad del motor.
Control actual: Limita la corriente de entrada a 1 o 2 veces la corriente nominal, minimizando el impacto en la red.
Control de par: Ajusta la frecuencia/voltaje para satisfacer las demandas de carga, lo que permite arranques suaves y regulación de velocidad.
Ventajas: Baja sobretensión de corriente, aceleración suave, vida útil prolongada del equipo, operación energéticamente eficiente, protecciones integradas.
Contras: Mayor costo, configuración compleja, demandas de mantenimiento, requisitos EMC estrictos.
A pesar de sus diferencias, DOL y VFD comparten principios fundamentales:
• Base electromagnética:
Ambos se basan en la ley de inducción de Faraday: los devanados del estator generan un campo magnético giratorio que interactúa con el rotor para producir par.
• Conversión de Energía:
DOL: Convierte directamente la CA de la red en energía mecánica.
VFD: Convierte CA→CC→CA variable→energía mecánica.
Ambos se adhieren a la conservación de energía, diferenciándose sólo en las vías de conversión.
• Respuesta de carga:
Ambos deben tener en cuenta los requisitos de inercia de carga, fricción y torsión.
DOL se adapta a arranques de alto par; VFD sobresale donde la aceleración suave es crítica.
• Relación Tensión-Corriente-Par:
Ambos siguen las curvas de rendimiento del motor, donde el voltaje y la frecuencia dictan la corriente y el par.
DOL: voltaje fijo → corriente alta → par alto.
VFD: tensión/frecuencia controlada → par/corriente optimizados.
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factores |
Inicio del DOL |
Inicio del VFD |
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Potencia del motor |
Motores pequeños (por ejemplo, |
motores grandes (por ejemplo, >15 kW) |
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Tipo de carga |
Alto par de arranque (por ejemplo, trituradoras) |
Cargas sensibles (por ejemplo, transportadores) |
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Capacidad de red |
Rejillas robustas |
Redes de capacidad limitada |
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Costo |
Bajo |
Alto |
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¿Se necesita control de velocidad? |
No |
si |
Ejemplos:
DOL: bombas pequeñas, ventiladores, compresores.
VFD: Grandes sistemas HVAC, bombas centrífugas, grúas.
Si bien DOL y VFD emplean estrategias de control distintas, su física central sigue siendo idéntica. Comprender estos principios compartidos permite a los ingenieros:
• Seleccionar el método de inicio óptimo para cada aplicación.
• Solucionar problemas de rendimiento de manera efectiva.
• Innovar en soluciones híbridas cuando sea necesario.
Ya sean simples o sofisticados, todos métodos de control de motores convergen en las mismas verdades electromagnéticas; si las dominan, desbloquearán una verdadera flexibilidad en la ingeniería.
