Variadores de Velocidad: Control y Aplicaciones en Motores de CA Trifásicos

Un variador de velocidad (también conocido como convertidor de frecuencia) permite un control permanente de la velocidad en motores de CA trifásicos. Lo hace convirtiendo la frecuencia y la tensión de la red de alimentación (de valores fijos) en valores variables. Se instala entre la red eléctrica y el motor.

Aplicaciones de los Variadores de Velocidad

Los variadores de velocidad tienen una amplia gama de aplicaciones en la industria, entre ellas:

• Cintas transportadoras: Asegura una velocidad uniforme, controlando y sincronizando la velocidad de producción para un arranque suave y evitando caídas del producto.
• Mezcladoras industriales: Mantiene una velocidad constante a pesar de los cambios en la viscosidad de los materiales y protege el equipo de mezclado.
• Tambores enrolladores: El control de la velocidad y la tensión es crucial para lograr la precisión en el espesor del material.
• Ejes de alta velocidad: Permite el control de la velocidad con precisión y un amplio rango de velocidades.
• Extrusoras: Se utilizan en la fabricación de productos de plástico y alimentos, controlando la velocidad del tornillo.
• Bombas (tratamiento de aguas y líquidos): Se emplean en sistemas de presión constante y volumen variable, logrando un gran ahorro de energía.
• Compresores: Ofrecen un importante ahorro de energía gracias a la precisión del control del proceso, la reducción del ciclo del compresor y arranques suaves con menor consumo.
• Ascensores, elevadores, puentes grúa: Permiten arranques y paradas suaves, y diferentes velocidades para distintas aplicaciones.
• Etiquetadoras: Aplican etiquetas a productos en movimiento continuo (industrias de alimentos, bebidas, farmacéutica, etc.).
• Centrifugadoras: Consiguen un arranque suave, evitando picos de corriente y velocidades de resonancia.
• Transportadoras: Esenciales para transportar material dentro de una planta; los requerimientos varían según el material.
• Trituradoras: El variador permite inicios y paradas óptimos, adaptándose a los diferentes requerimientos de una trituradora cargada o sin carga.
• Ventiladores centrífugos: Controlan el caudal, obteniendo sistemas de presión constante y volumen variable, ajustando la velocidad y ahorrando energía.

Principales Funciones de los Variadores de Velocidad

• Aceleración controlada: La aceleración es la variación de la velocidad (m/s²).
• Variación de velocidad (bucle abierto): Se mide mediante un valor de entrada (tensión o corriente) llamado consigna o referencia. Es la velocidad deseada, que puede variar debido a perturbaciones.
• Regulación de la velocidad (bucle cerrado): La velocidad es prácticamente insensible a las perturbaciones porque el variador corrige automáticamente la tensión y/o frecuencia del motor.
• Deceleración controlada: Permite pasar de la velocidad actual del motor a una velocidad intermedia o nula. Hay dos tipos:
  • Par resistente: Frenado sin tensión.
  • Par motor: Aceleración sin tensión.
• Frenado: Permite parar un motor, pero sin controlar la rampa de deceleración. Convierte la energía mecánica del motor en corriente continua que se disipa en el rotor (solo de forma intermitente).
• Inversión de sentido de marcha: Se puede realizar de forma automática, por inversión de la consigna de entrada, por una orden lógica en un borne, o por información transmitida a través de una red.
• Protección integrada: Aseguran la protección térmica de los motores y su propia protección.
• Otras protecciones:
  • Cortocircuito entre fases y entre fase y tierra.
  • Sobretensiones y caídas de tensión.
  • Desequilibrios de fases y funcionamiento en monofásico.

Ventajas del Uso de Variadores de Velocidad

• Menor consumo de energía: El variador ajusta la velocidad del motor a la necesaria en cada momento, a diferencia del funcionamiento nominal constante de un motor convencional.
• Funciones de protección: Protegen el motor y el propio variador.
• Arranques y paradas suaves: Alargan la vida útil del motor y evitan daños por golpes de ariete.
• Posibilidad de control y seguimiento por ordenador: Permite una gestión más eficiente.
• Cubren necesidades de regulación: Facilitan y aseguran el cambio de sentido de giro.

Fórmulas Relevantes

• Par (T): T = (P x 9550) / n
  • P_útil: Potencia útil (kW)
  • n: Velocidad (rpm)
  • T: Par (N/m)
• Par en poleas: T = F x r
  • F: Fuerza (N)
  • r: Radio de la polea (m)
• Potencia absorbida: P_abs = √3 x V_l x I_l x cos(φ)
  • V_l: Tensión de red (V)
  • I_l: Intensidad de trabajo (A)
  • cos(φ): Factor de potencia
• Rendimiento (η): η = P_útil / P_abs