VARIADORES DE FRECUENCIA.

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QUE ES UN VARIADOR DE FRECUENCIA.

Los motores eléctricos son mecanismos que desempeñan un papel muy importante en nuestros negocios y nuestra vida cotidiana ya que son responsables de hacer funcionar todo lo que necesitamos tanto en el trabajo como en nuestra vida diaria y básicamente todos ellos funcionan con electricidad.

Para poder generar par y controlar la velocidad, éstos consumen cierta cantidad de energía eléctrica. En caso de que esta velocidad o par sean demasiado altos o bajos, se utilizan controles mecánicos para manipular la velocidad, esto es ineficiente ya que ocasiona un desperdicio masivo de materiales y energía por lo cual se incrementan los costos de producción y lógicamente la productividad en una planta disminuye notoriamente.

Por esta razón, la velocidad del motor debe coincidir con la que exige un proceso industrial en particular, si no se utiliza una estrategia de control eficiente, se ocasionará un malgasto de energía y ésta como lo mencionamos anteriormente no se debería malgastar ni tener pérdidas en su planta de producción.

Una de las formas más eficientes de malgastar energía y reducir los costos. La técnica que evita este inconveniente es la conversión de frecuencia de voltaje de corriente alterna.

En el mercado estos equipos se llaman variadores de velocidad, variadores de frecuencia, controladores de velocidad de corriente alterna por mencionar algunos nombres.

La electrónica empleada internamente en el funcionamiento de estos equipos es basada en dispositivos de aislamiento eléctrico a grandes niveles de tensión y corriente. Por ende la electrónica de potencia juega un papel fundamental en el desarrollo e implementación de sistemas de regulación de velocidad basados en corriente alterna.

El variador de frecuencia se encuentra conectado entre el CCM o el sistema de suministro eléctrico y el motor.

Dentro del variador de frecuencia, la energía pasa a través de un rectificador que convierte la señal de corriente alterna en onda pulsante alterna.

Luego de eso pasa a una etapa de filtrado y luego la señal de DC pasa a un inversor que transforma la señal de corriente directa en corriente alterna de salida la cual es transmitida al motor.

En este paso es posible ajustar el voltaje y la frecuencia en tensión de los requisitos del proceso, por lo cual el motor funcionará con la velocidad o par indicados de acuerdo con lo solicitado por el proceso industrial.

SIMBOLOGÍA DE UN VARIADOR DE FRECUENCIA.

Teniendo en cuenta que se está trabajando con el software CADE-SIMU, la representación del variador de frecuencia se da de la siguiente forma:

Simbolo de un variador de frecuencia
Figura 1. Simbolo de un variador de frecuencia

El símbolo de un variador de frecuencia puede variar para algunos softwares, sin embargo para este post se tendrá en cuenta la que se utiliza en el software de CADE SIMU.

En este caso este es trifásico pero también el software cuenta con uno monofásico.

Para configurar los parámetros de un variador de frecuencia es necesario tener a la mano el manual de operación del variador que usted está utilizando. Debe tener en cuenta la marca del variador que está empleando para analizar el modo de comandado, la frecuencia de operación y el tiempo.

Lo anteriormente mencionado se realiza desde el panel de operación del variador.

Configuración de parámetros de un variador de frecuencia.
Figura 2. Configuración de parámetros de un variador de frecuencia.

De acuerdo en la figura 1 donde se encuentra la simbología del variador, los contactos RA, RC indican que el variador de frecuencias está presentando fallas de funcionamiento. Si el variador está bien, el contacto se cierra, si el variador está defectuoso se va a abrir.

Desde I1 hasta I4 es el rango de entradas digitales, se tienen entradas de frenado identificadas como R+, R- y conexionado de los potenciómetros.

Para efectos de simulación, en el cade simu si requerimos parametrizar el variador de velocidad, solo basta con hacer clic en la figura del cuadro en blanco con sus conexiones y nos aparecerá una tabla de parámetros como se muestra en la figura 3.

Parámetros variador de frecuencia.
Figura 3. Parámetros variador de frecuencia.

Los parámetros que se pueden observar para el variador de frecuencia son los siguientes: velocidad del motor, conexiones, control de velocidad mediante entradas digitales, frecuencia de operación del variador, velocidad preseleccionada, tiempo de aceleración para las rampas e inyección de corriente continua.

Al momento de poner a funcionar el variador en la simulación, debo configurar la consigna para que el motor inicie su ciclo de funcionamiento.

Ajuste de consigna al variador de frecuencia.
Figura 4. Ajuste de consigna al variador de frecuencia.

Para simular el funcionamiento del variador de velocidad, se conecta la entrada I1 en el terminal positivo de alimentación del variador. Al realizar la acción mencionada nos entrega los parámetros de velocidad y el sentido de giro que en ese momento lleva el motor.

parámetros de velocidad entregados por el variador.
Figura 5. Parámetros de velocidad entregados por el variador

Para simular el retroceso del motor, simplemente se intercambia la conexión de I1 a I2 y el motor hará un giro en sentido antihorario como se aprecia en la figura 6.

Giro antihorario de motor trifásico con variador de velocidad
Figura 6. Giro antihorario

Si por algún momento, se desea trabajar con un potenciómetro, basta con hacer clic en la configuración de los parámetros y listo. Se habilita la casilla del potenciómetro.

Variador con potenciómetro
Figura 7. Variador con potenciómetro

CIRCUITO DE CONTROL CON VARIADOR DE FRECUENCIA.

Circuito de avance y retroceso con variador de frecuencia
Figura 8. Circuito de avance y retroceso con variador de frecuencia.

El siguiente circuito describe el funcionamiento de avance y retroceso de un variador de frecuencia. En la parte de control, el montaje es similar a un circuito típico de avance y retroceso con la diferencia de que los contactores se conectan al variador. Además de eso, se tiene un interruptor de seguridad para que cuando ocurra un sobrecalentamiento en el disyuntor, este se dispare y abra el circuito de potencia evitando así un daño en el motor.

APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE FRECUENCIA.

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