Si desvarías al escuchar “variadores de velocidad”, lee esto…

¿Por qué usar un VSD?

Prácticamente, toda la parte de fuerza de un sistema eléctrico es accionada a través de motores eléctricos.

Esos motores eléctricos, por lo general, operan a una velocidad constante cuyo valor depende del suministro de energía eléctrica (intensidad de corriente y tensión eléctrica), y de las características propias del motor. Es obvio decir que esos parámetros eléctricos y mecánicos no se pueden modificar fácilmente en un sistema de arranque tradicional (tensión plena, tensión reducida, autotransformador, etc.).

En determinadas aplicaciones, a veces será necesario regular la velocidad de los motores a determinados valores exactos (como ejemplos: ventiladores y equipo de aire acondicionado, equipos de bombeo, bandas y transportadores industriales, elevadores, llenadoras, escaleras eléctricas, etc.). Para lograr regular la velocidad a esos valores necesarios, se emplea un variador de velocidad (VSD).

Los dispositivos VSD, mediante electrónica, convirtieren las magnitudes fijas de frecuencia y tensión de red en magnitudes variables para poder manipular la velocidad y el par de los motores trifásicos a prácticamente cualquier valor deseado.

Aun cuando la necesidad puntual sea sólo arrancar un motor, el control electrónico de motores vía VSD ofrece ciertas ventajas que no tienen los sistemas de arranque y paro electromecánico y tradicional (ya sea arranque directo o arranque a tensión reducida):

• Ese control electrónico, además de controlar un sistema a velocidades deseadas, tiene otra característica importante: permite arranque y paro de un motor sin sobretensiones instantáneas características de un arranque a tensión plena (figura 01).

• Un arranque y paro controlados ayudan a reducir costos de energía eléctrica (al eliminar esos picos instantáneos que, a fin de cuentas, recaen en la factura), además de que evitan un desgaste del motor por esfuerzos tanto mecánicos como eléctricos de un típico arranque a tensión plena (figura 02).

La clave de un control electrónico de la velocidad de un motor es la proporcionalidad: el VSD sólo proporciona la energía necesaria para lograr un determinado valor de velocidad.

Cuando un motor se opera a una velocidad menor a la nominal, el motor consume menos energía. En el caso de ventiladores y bombas centrífugas, las cuáles generalmente son controladas mediante restricciones de flujo que desperdician energía, el ahorro es notable puesto que la energía varía en forma proporcional a la velocidad que exista.

Funcionamiento elemental de un VSD

A la entrada del dispositivo VSD tenemos una tensión eléctrica en CA. El VSD, como primer paso, convierte la CA en corriente directa (CD), mediante un puente rectificador de diodos. Esa tensión eléctrica es filtrada por un banco de capacitores interno, con la finalidad de suavizar esa tensión rectificada y reducir la emisión de variaciones en la señal. Figura 03.

Posteriormente tenemos la etapa de inversión o de ondulación. Esta etapa comprende básicamente transistores (IGBT), que encienden y apagan en determinada secuencia (enviando pulsos) para generar una forma de onda cuadrada de voltaje de CD a un frecuencia constante, y su valor promedio tiene la forma de onda senoidal de la frecuencia que se aplica al motor. Figura 04.

El proceso de conmutación de los transistores es llamado “modulación por ancho de pulso” (PWM: Pulse Width Modulation).

Aunque existen muchas marcas y muchos tamaños (capacidades) de dispositivos VSD, podemos establecer un rango promedio de capacidades entre 20 y 200 CP. Para la tensión eléctrica, el rango promedio está entre los 200 y 690 V CA.

La mayoría de las marcas incluyen dentro del propio dispositivo varias funciones adicionales tales como:

• Protección contra sobre corriente
• Protección contra sobre temperatura
• Protección contra desequilibrios
• Protección de fallas en sistema de puesta a tierra, entre otros.
• Terminales de control para conectar entradas y salidas digitales y análogas
• Puertos de comunicación de datos

Conclusiones

Ahora ya sabemos más de esos dispositivos que muchos mencionan pero que pocos saben realmente cómo se comen.

La aplicación de dispositivos VSD en el control de motores eléctricos puede traducirse en una palabra: versatilidad. Esa palabra implica, además, una mejor eficiencia en la operación del sistema pues se hace evidente un ahorro de energía eléctrica gracias a una utilización racional y bien estructurada de los recursos eléctricos.

Evidentemente, existe la imperiosa necesidad de hacer un análisis a detalle de los procesos implicados al interior de nuestro sistema eléctrico para determinar y justificar si es viable la utilización de un dispositivo VSD.

Aquí el link a una presentación muy completa (y muy comercial) sobre dispositivos VSD.