Un variador de frecuencia (VFD, también llamado VSD o inversor) es un dispositivo de electrónica de potencia que regula la frecuencia y la tensión hacia un motor asíncrono o de imanes permanentes. Al variar la frecuencia, el variador controla la velocidad del motor sin caja de cambios mecánica ni transmisión por correa. Este artículo cubre el funcionamiento, las elecciones clave de selección y las trampas prácticas relacionadas con la CEM y los cables largos del motor.
¿Qué es un variador de frecuencia?
Un motor asíncrono gira sincronizado con la frecuencia de red: a 50 Hz con un motor de 4 polos, la velocidad síncrona es 1500 rpm. Si se necesita otra velocidad, clásicamente hay dos opciones: un motor de polos conmutables (véase nuestro artículo sobre motores multipolares), o una transmisión mecánica. Un VFD añade una tercera vía mucho más flexible: el motor ya no recibe 50 Hz, sino una frecuencia variable típicamente entre 0 y 60-100 Hz, a veces más.
Las ventajas son claras: control de velocidad sin escalones, arranque suave sin la corriente de inserción de 6-8 veces la nominal, recuperación de energía durante el frenado con variadores activos y, en aplicaciones de carga variable, a veces un ahorro energético sustancial.
¿Cómo funciona internamente un VFD?
Un VFD típico consta de tres bloques en serie:
- Rectificador: convierte la tensión alterna trifásica en continua. En variadores estándar un puente de diodos de 6 pulsos; en variadores regenerativos un rectificador activo que también puede devolver energía a la red.
- Bus de continua con condensadores tampón: estabiliza la tensión continua (típicamente 540-680 V DC a 400 V de red) y amortigua variaciones breves de carga.
- Inversor (puente IGBT): conmuta la tensión continua miles de veces por segundo según un patrón PWM (modulación por ancho de pulso). Al modular el ancho del pulso, se crea una corriente sinusoidal promedio en los devanados del motor.
La frecuencia de conmutación de los IGBT está típicamente entre 2 y 16 kHz. Frecuencias más altas dan corrientes más suaves (menos pérdidas, menos zumbido audible) pero más calor en el variador, un compromiso típico de instalación.
Van Bodegraven suministra VFD del portfolio completo de ABB ACS, desde el compacto ACS180 (0,18 kW) hasta variadores industriales ACS880 de 5600 kW (5,6 MW), más Yilmaz como alternativa económica. En versiones IP20 (panel), IP55 (autónomo) y cabinet, clase CEM C2 o C3. Para entrega en paquete de motor y cualquier filtro necesario: un contacto, una fecha de entrega y compatibilidad garantizada.
¿Cuándo elegir control VFD?
- Proceso variable: bombas, ventiladores y compresores con demanda variable. La ley cúbica para bombas y ventiladores centrífugos significa que el 80% de velocidad da aproximadamente el 50% de potencia, ahí están los mayores ahorros.
- Arranque suave: para motores grandes (a partir de unos 30 kW) donde la corriente de inserción causa problemas en la red o interfiere con otros equipos.
- Posicionamiento: máquinas CNC, líneas de envasado, transportadores donde se requiere parada precisa o perfil de velocidad. A menudo combinado con realimentación por encoder.
- Ahorro energético en retrofit: instalaciones existentes de bombas o ventiladores con regulación por válvula o bypass pueden a menudo sustituirse por control VFD con amortización en 2-4 años.
- Hélices de proa marinas: regulación continua del empuje en lugar de ajustes fijos de dos o tres velocidades.
Sin embargo, un VFD también tiene desventajas: mayor precio de compra, más calor en el cuadro eléctrico, emisiones CEM que requieren filtrado y posiblemente aislamiento adicional del motor o filtros con cables largos. Para aplicaciones que siempre funcionan a velocidad nominal (bomba de refrigeración continua, ventilador simple), el arranque directo en línea suele ser suficiente y más barato.
Dimensionamiento: potencia y corriente nominal
Los variadores de frecuencia se especifican según la corriente de salida, no solo según los kW. Dos motores de 22 kW pueden requerir corrientes diferentes dependiendo de la clase IE, velocidad y tensión. Reglas básicas de selección:
- Igualar la corriente, no los kW: seleccione un variador cuya corriente nominal de salida iguale o supere la corriente nominal del motor indicada en la placa de características.
- Aplicaciones de servicio pesado: para trituradoras, mezcladoras y motores de elevación con factor de sobrecarga 150-200% breve: seleccione un tamaño mayor o elija explícitamente una clasificación heavy-duty (HD).
- Temperatura ambiente alta: por encima de 40 °C aplique derating según curvas del fabricante: típicamente 1-2% por cada °C extra. En un cuadro sin aire acondicionado en verano esto se acumula rápidamente.
- Altitud superior a 1000 m: aplique derating de aproximadamente 1% por cada 100 m extra de altitud.
- Motores en paralelo en un variador: suma de las corrientes de los motores + 10% de reserva, y utilice control V/f en lugar de control vectorial.
Clases CEM C1 a C4
Los VFD generan emisiones electromagnéticas debido a los pulsos rápidos de PWM. La norma europea IEC/EN 61800-3 clasifica estas emisiones en cuatro clases que determinan qué filtro se requiere y en qué entorno puede usarse el variador:
| Clase | Entorno | Aplicación típica | Filtro |
|---|---|---|---|
| C1 | Entorno residencial y comercial ligero | Domótica, ascensor en edificio residencial | Filtro CEM pesado, a menudo externo |
| C2 | Entorno residencial (con instalación por profesional) | Bomba en edificio residencial | Filtro CEM estándar integrado |
| C3 | Entorno industrial | Fábrica, taller, industria de proceso | Filtro limitado, generalmente integrado |
| C4 | Entorno industrial especial (alta potencia u off-grid) | Trenes de laminación, grandes bombas offshore | Plan CEM a nivel de instalación |
En la práctica, se pide un variador C3 para el 90% de las aplicaciones industriales. Para instalaciones cerca de un complejo residencial o en una zona industrial ligera, C2 puede ser necesario. Tenga en cuenta que un variador C3 no cumple simplemente los requisitos del entorno C1, y a la inversa, un variador C1 en un entorno C3 es innecesariamente caro.
Longitud de cable, du/dt y filtros senoidales
Los pulsos PWM en la salida del motor del variador tienen un flanco muy abrupto (du/dt alto, a menudo 5-10 kV/µs). Con cables de motor largos, estos flancos interactúan con la inductancia y capacitancia del cable como una línea de transmisión, se forman picos de reflexión en los bornes del motor que pueden sobreesforzar el aislamiento del devanado.
Reglas básicas para longitudes de cable y filtros con suministro a 400 V:
- Hasta 30 m de cable: normalmente no hace falta filtro adicional con aislamiento estándar del motor.
- De 30 a 100 m de cable: un filtro du/dt en la salida del variador reduce la tasa de subida de tensión a aproximadamente 500 V/µs.
- Por encima de 100 m de cable: filtro senoidal muy recomendado. Suaviza completamente la salida PWM y entrega una tensión casi senoidal al motor, imprescindible para motores antiguos o instalaciones marinas con largos recorridos de cable.
- Por encima de 300 m de cable: use siempre filtro senoidal; considere un motor de servicio pesado con aislamiento reforzado (apto para inverter, frecuentemente etiquetado como conforme a IEC 60034-25).
Un error común en proyectos de retrofit es conectar un motor existente con aislamiento estándar a un VFD nuevo mediante un largo recorrido de cable sin filtro. El motor falla entonces en meses por ruptura del devanado en las primeras espiras.
VFD con motores PMSM y SynRM
Los motores IE5 e IE6 son normalmente motores síncronos de imanes permanentes (PMSM) o motores de reluctancia síncrona (SynRM). Estos tienen características magnéticas fundamentalmente diferentes de los motores asíncronos y requieren un variador que soporte esta tecnología. No todo VFD estándar puede controlar correctamente un motor PM.
- Conjunto específico de parámetros PMSM con características del motor (back-EMF, número de pares de polos, inductancia L_d y L_q).
- Control vectorial sin sensor o realimentación por encoder para la posición del rotor.
- Amortiguación magnética activa en reposo para evitar rotación no deseada por fuerzas externas.
Al pedir un nuevo motor IE5, recomendamos motor y variador como conjunto adaptado, con conjuntos de parámetros verificados por el fabricante. Esto evita problemas de puesta en servicio en planta.
Entrega y stock en Van Bodegraven
Van Bodegraven suministra VFD del portfolio completo de ABB ACS (ACS180/380/480/580/880, así como ACQ580 agua, ACH580 HVAC y ACS580MV media tensión) y Yilmaz, de 0,18 kW a 5600 kW. Las configuraciones estándar IP20 (montaje en panel) e IP55 (autónomo) hasta aproximadamente 250 kW están en stock en Dordrecht con un plazo de entrega de 1-3 días laborables. Las unidades cabinet más grandes (ACS880, ACS580MV) se entregan directamente a través de ABB EU con un plazo indicativo de 4-12 semanas. Las versiones CEM C2, los filtros du/dt y los filtros senoidales se entregan bajo pedido en 1-2 semanas. Para proyectos completos con motor y variador en paquete, también proporcionamos el conjunto de parámetros y una breve guía de puesta en servicio.
De la información mencionada en este artículo no se pueden derivar derechos. Póngase en contacto con nosotros para una oferta concreta y el estado de entrega actual.
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