Diseño de un Sistema Robusto de Variador de Frecuencia (VFD) para Rendimiento Óptimo

Variadores de Frecuencia (VFD) se han convertido lentamente en la norma industrial para controlar la salida de motores AC trifásicos. Al variar el voltaje y la frecuencia, los VFD logran control suave y confiable del par y velocidad del motor. Desde aplicaciones de control de movimiento hasta sistemas de ventilación hasta manufactura pesada, los VFD se han convertido en un elemento básico en el panorama industrial.

Sin embargo, la eficiencia general de los VFD depende altamente de su instalación y la calidad del equipo usado durante el proceso de diseño. El motor, los cables y cualquier otro dispositivo conectado deben ser completamente compatibles con las especificaciones del variador a instalar.

¿Cómo funcionan los VFD?

Los VFD son esenciales de la tecnología de estado sólido, y convierten voltaje de línea AC trifásico a forma de onda PWM sinusoidal, a través de la cual la frecuencia y el voltaje pueden variarse. Internamente, los VFD están compuestos por:

• Convertidor AC-a-DC
• Bus DC para filtrar salida del rectificador
• Inversor DC-a-AC

El inversor es responsable de una corriente suave de voltaje y frecuencia variable que luego impulsaría el motor. Para asegurar control centralizado, un microprocesador se instala en el VFD, gobernando la operación general y parámetros.

Prerrequisitos

Antes de que un VFD pueda integrarse en su sistema, debe hacerse algunas preguntas para asegurar que seleccione un variador de las especificaciones correctas:

¿Cuáles serán las demandas de par de las cargas?

• Los VFD tienen capacidad de sobrecorriente limitada, así que unidades pesadas requerirían una unidad sobredimensionada suficiente.

¿Cuántos motores controlará el variador?

• Las corrientes pico de todos los motores deben calcularse para prepararse para el peor escenario.

¿La aplicación requerirá variación instantánea de velocidad?

• Sobredimensionar el variador puede ser necesario basado en este requisito.

¿El motor tendrá que lidiar con problemas como sobrecalentamiento?

• Un problema común en aplicaciones de par constante, velocidad reducida.

¿Permanecerá constante el suministro de energía?

• Varias unidades industriales usan desconexión de carga para conservar energía, así que si este es el caso, se tendría que seleccionar un variador con capacidad de respaldo.

¿Se requieren gabinetes externos?

• Esto dependería de las condiciones a las que el variador esté expuesto. Demasiado polvo, agua u otros químicos pueden interrumpir seriamente las capacidades de un VFD.

Selección de Cable

El desajuste de impedancia cable-motor puede causar ondas reflejadas en VFD, duplicando efectivamente el nivel de voltaje lo que puede resultar en cables y componentes dañados. La solución preferida es el uso de Aislamiento de Cable XLPE que puede soportar tales ondas reflejadas, comparado con PVC que son peligrosos en tales aplicaciones. El uso de tales cables también tiene otros beneficios para el sistema VFD como capacitancia reducida que puede mejorar la vida del motor. La propiedad de aislamiento térmico también asegura que el calor generado por pérdidas de corona no afecte otros equipos ni conduzca a peligros como derretimiento de aislamiento o incendios.

Además, un cable VFD irradia ruido, que es proporcional a la cantidad de corriente eléctrica que varía dentro de él. A medida que crece la longitud del cable, también lo hace el ruido, y por tanto se requiere blindaje adecuado de tal cable. Si se deja sin rectificar, el ruido irradiado puede causar problemas como acoplamiento capacitivo entre devanados del motor y bastidor afectando dispositivos cercanos como termopares, codificadores, así como señales de comunicación de bajo nivel.

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