Algunas nociones para la especificación de variadores de velocidad variable en mejora de procesos

Los variadores de velocidad variable han demostrado sus aplicaciones en todos los procesos de fabricación por sus capacidades para ahorrar energía en cargas de tipo centrífuga y regenerativa, mejoras de proceso, flexibilidad de producción, y aumentar la vida útil de los componentes de transmisión mecánica.

Pero la incorporación de los variadores en los procesos existentes no es una cuestión sencilla. El diseñador de soluciones necesita estar seguro de no estar sub- o sobre- especificando en términos de tipo exacto, tamaño y capacidades del VSD para sus requerimientos. Veamos algunas nociones esenciales que deberemos tener en cuenta al resolver aplicaciones con estos equipos.

Antes de buscar un VSD, lo primero que debemos hacer es comprender en detalle las especificaciones de los motores y sus requerimientos de carga deben ser completamente comprendidos para evitar errores de dimensionado y selección que pueden producir un pobre rendimiento del sistema, disparos del variador por ruido y en último término caídas de producción.

¿Par constante o par variable?

El motor es una fuente de par, que es relativo tanto a la potencia como a la velocidad, y las curvas de par/velocidad difieren según cada aplicación. La buena noticia es que cuando seleccionamos un VSD, la mayoría de las aplicaciones son convenientes tanto para par constante como variable.

Las cargas de par variable, que incluyen ventiladores y bombas centrífugas, raramente requieren mucho más que el 100 % de sobrecarga en el arranque, aunque los grandes ventiladores con alta inercia generalmente tienen un tiempo en rampa grande de forma que las transmisiones tienden a estar calculadas para 110 % de sobrecarga durante 60 segundos.

Las transmisiones de par variable tienen una producción v/f parabólica ajustable para acoplar los requerimientos de curva de velocidad del par del ventilador y así maximizar el ahorro energético. También se dispondrá de una entrada PI(D) (de nuevo algunos variadores ofrecen más ahorro energético en modo PID) y donde se requiera la opción para el control en cascada de la bomba.

Las características de par constante tienen lugar en aplicaciones tales como el manejo de materiales, tales como transportadores, donde la carga queda constante en todo el rango de velocidad. Es importante conocer los requerimientos de sobrecarga.

Modo en control

El modo de control del motor debe comprenderse para asegurar la correcta selección del variador. En general, el rango de variadores de par constante comienza con variadores V/F simples y efectivos en costes – ideales para aplicaciones sin rango de velocidad amplio o cambios de carga rápidos – a través de la serie Vector Control de alto rendimiento que, incluso en SLVC, ofrece un rendimiento casi en bucle cerrado sin necesidad de decodificador.

Por otra parte, con respecto a la interface y control del inversor, se harán consideraciones respecto a los requerimientos de entrada/salida, por ejemplo, el número de I/O digitales y funcionalidad, I/O analógicas, control PI o PID, entrada PTC/KTY, etc. Los requerimientos del bus de campo – probablemente sea un extra opcional – deben ser establecidos.

Generalmente, los variadores V/F básicos tienen I/O limitado mientras que los variadores SLVC están mejor equipados.

El método de parar el motor puede también tener un impacto. Para un “ramp to stop” controlado, el motor puede usualmente parar aproximadamente en el mismo tiempo de la rampa de subida, sin ningún requerimiento de frenado especial. Si se requiere una rápida deceleración DC, puede ser necesario el frenado de inyección DC, aunque el número de paradas y la inercia de las cargas deben también ser consideradas para asegurar que esto será suficiente.

El frenado regenerativo es también una solución popular para variadores AC. Esta es una solución especializada ofreciendo ventajas obvias sobre la solución del motor 4Q DC en términos de mantenimiento mientras todavía proporcionan ahorro energético retornando el voltaje regenerativo al principal.

Requerimientos de armónicos y EMC

Cuando operan los inversores de los variadores AC, tienen efectos indeseables en la línea de alimentación. Esto es debido a la no linealidad del dispositivo y la frecuencia de control alta de los transistores de salida.

La magnitud de estos efectos depende de los factores incluyendo las características de la línea de alimentación, punto de acoplamiento común, el tipo y potencia del inversor.

En general, cuando especificamos variadores estándar el mejor consejo es recomendar un choke de entrada, especialmente para variadores de 3 kW de 1AC o sobre variadores de 37 kW de 3AC.

Bibliografía: Variable Speed Drives. A quick guide to specification. IEN Europe April 2011 – Volume 37 – Nº 4

Palabras clave: Variable speed drives (VSDs), regenerative braking