En muchas aplicaciones que usan motores eléctricos, la tecnología exige ahora diferentes velocidades. Los controladores de velocidad variable juegan un papel importante en el impulso de la eficiencia en las aplicaciones de motores industriales, durante la fase de diseño y en las fábricas. La sección 2 del informe "Soluciones inteligentes para eficiencia energética" analiza la eficiencia energética de las máquinas con la automatización (haga clic aquí para más detalles). Este blog ofrece un resumen completo de las aplicaciones de los controladores de velocidad variable (VSD) para mejorar la eficiencia de las máquinas y ahorrar energía de los motores eléctricos en aplicaciones industriales.

Un rectificador, un circuito intermedio, un inversor y una unidad de control son los componentes clave de una unidad VSD, tal y como ilustra la figura 1. El rectificador transforma la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC). En el circuito intermedio, la alimentación CC suele estar condicionada por una combinación de inductores y condensadores. El inversor vuelve a convertir la CC rectificada y acondicionada en un suministro CA de frecuencia y tensión variables. Normalmente, esto se consigue generando una señal de alta frecuencia modulada en ancho de pulso con frecuencia y tensión efectiva cambiantes. La unidad de control supervisa todo el funcionamiento del VSD; monitoriza y controla el rectificador, el circuito intermedio y el inversor para garantizar que se suministre la salida correcta en respuesta a una señal de control externa.

Esquema de un controlador de velocidad variable
Fig. 1: Esquema de un controlador de velocidad variable

Aplicación de los VSD con varias cargas:

El VSD se interconectará con un transductor, como un sensor de presión o de caudal, y se programará para mantener un valor determinado (punto establecido). Pueden interactuar con varios transductores, implementar enclavamientos y otras funciones de control, y conectarse con las redes informáticas actuales que proporcionan datos operativos en tiempo real.

El potencial de los VSD para ahorrar energía se basa en las características de la carga que controlan. Las cargas se clasifican en tres tipos: par variable, par constante y potencia constante. Las cargas de par variable prevalecen en los ventiladores y bombas centrífugas y proporcionan el mayor potencial de ahorro energético. Esto se debe a que el par cambia con la velocidad al cuadrado (H1/H2 = (N1/N2)2) y la potencia varía con la velocidad al cubo (P1/P2 = (N1/N2)3). Y el flujo cambia con el cambio de velocidad (Q1/Q2 = (N1/N2)).

Como muestra el siguiente diagrama, las cargas de par constante son aquellas en las que el par no varía con la velocidad, y la potencia absorbida es directamente proporcional a la velocidad, lo que implica que la potencia consumida es proporcional al trabajo útil realizado.

 gráfico de a)Perfil de carga de par constante y b)Ahorro de energía de diferentes cargas
Fig. 2: (a) Perfil de carga de par constante. (b) Ahorro de energía de las diferentes cargas

Las cintas transportadoras, los agitadores, las trituradoras, las bobinadoras de superficie, las bombas de desplazamiento positivo y los compresores de aire son aplicaciones típicas de par constante. En las cargas de potencia constante, la potencia absorbida es constante mientras que el par es inversamente proporcional a la velocidad.

El control de los ventiladores de velocidad variable puede utilizarse en una amplia gama de aplicaciones, incluyendo la mayoría de los tipos de sistemas de ventilación, sistemas de extracción de aire, refrigeración industrial y sistemas de control de aire de combustión de calderas.

La curva de la figura 3 que aparece a continuación indica que el uso de un VSD para regular el caudal de una bomba en lugar de un control de aceleración convencional puede suponer un importante ahorro de energía y de costes. Donde la línea punteada representa la entrada de potencia a un motor de velocidad fija y la línea continua representa la entrada de potencia a un controlador de velocidad variable. La región sombreada refleja la cantidad de energía que se ahorra al emplear un VSD para un caudal determinado.

 gráfico de la válvula de mariposa de ahorro de energía de la bomba frente a la reducción de velocidad
Fig. 3: Ahorro de energía de la bomba: válvula de mariposa frente a la reducción de velocidad

Los VSD se suministran en una amplia gama de tamaños, desde 0,18 kW hasta varios MW, y pueden optimizarse para adaptarse a aplicaciones particulares. Los VSD suelen tener un rendimiento típico del 92-95 %, siendo las pérdidas del 5-8 % debidas a la disipación de calor adicional causada por la conmutación eléctrica de alta frecuencia y la potencia adicional requerida por los componentes electrónicos. Las pérdidas suelen estar más que compensadas por el ahorro en el motor.

Farnell se ha asociado con muchos fabricantes diferentes que ofrecen una amplia gama de productos de controladores de frecuencia variable y carteras de soluciones, como control de motores, arrancadores de motores, motores eléctricos, accesorios de protección de motores y controladores de motores

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