Variador De Velocidad

VARIADORES DE VELOCIDAD PARA MOTORES DE CD Y CA

Variador de velocidad.

Cuando estamos hablando de variador, lo primero que tenemos que distinguir es la tecnología a la estamos aplicando el término. Esto es así, porque disponemos de variadores mecánicos, hidráulicos y electrónicos (o eléctricos). Cada tecnología dispone de un término para definir la variación de velocidad.

Los variadores de velocidad se utilizan principalmente para controlar la velocidad del motor eléctrico, sobretodo su frenado, y para ahorrar energía, lo que repercute positivamente en una mayor duración del motor.

No quiero pasar por alto un detalle bastante importante, el frenado del motor se puede conseguir sin la ayuda de un variador si utilizamos algún sistema circuito eléctrico adicional al mismo. No se suelen usar, porque es más fácil y mejor usar los variadores. Ejemplos de como frenar un motor:

• Frenado por electroimán

• Frenado por contracorriente

Asimismo, tenemos que añadir, que dependiendo de qué tipo de motor se trate, usaremos un sistema u otro. Nos referimos al uso de un circuito de frenado o al uso de un variador.

Existen dos clases de variadores eléctricos principales:

1. Variadores de velocidad para motores de corriente continúa.

2. Variadores de frecuencia, para motores de corriente alterna.

También hay otras dos formas de controlar la velocidad de los motores: variadores Eddy y variadores por deslizamiento.

Variadores eléctrico-electrónicos

Existen cuatro categorías de variadores de velocidad eléctrico-electrónicos:

• variadores para motores de CC.

• variadores de velocidad por corrientes de Eddy.

• variadores de deslizamiento.

• variadores para motores de CA (también conocidos como variadores de frecuencia).

Tipos de variadores eléctrico-electrónicos

Los variadores eléctrico-electrónicos incluyen tanto el controlador como el motor eléctrico, sin embargo es práctica común emplear el término variador únicamente al controlador eléctrico.

Los primeros variadores de esta categoría emplearon la tecnología de los tubos de vacío. Con los años después se han ido incorporando dispositivos de estado sólido, lo cual ha reducido significativamente el volumen y costo, mejorando la eficiencia y confiabilidad de los dispositivos.

Variadores para motores de CC

Estos variadores permiten controlar la velocidad de motores de corriente continua serie, derivación, compuesto y de imanes permanentes. Para el caso de cualquiera de las máquinas anteriores se cumple la siguiente expresión:

Donde

es el Voltaje terminal (V).

es la constante de la máquina.

Flujo magnético producido por el campo (Wb)

Velocidad mecánica (rpm).

Despejando la velocidad mecánica, se obtiene:

Entonces, puede observarse que la velocidad mecánica de un motor de CC es directamente proporcional al voltaje terminal (VT) e inversamente proporcional al flujo magnético (FM), el cual a su vez depende de la corriente de campo (IF). Aprovechando esta situación es que este tipo de variadores puede controlar la velocidad de un motor de CC: controlando su voltaje terminal, o bien, manipulando el valor de la corriente de campo.

Variadores por corrientes de Eddy

Un variador de velocidad por corrientes de Eddy consta de un motor de velocidad fija y un embrague de corrientes de Eddy. El embrague contiene un rotor de velocidad fija (acoplado al motor) y un rotor de velocidad variable, separados por un pequeño entrehierro. Se cuenta, además, con una bobina de campo, cuya corriente puede ser regulada, la cual produce un campo magnético que determinará el par mecánico transmitido del rotor de entrada al rotor de salida. De esta forma, a mayor intensidad de campo magnético, mayor par y velocidad transmitidos, y a menor campo magnético menores serán el par y la velocidad en el rotor de salida. El control de la velocidad de salida de este tipo de variadores generalmente se realiza por medio de lazo cerrado, utilizando como elemento de retroalimentación un tacómetro de CA.

Variadores de deslizamiento

Este tipo de variadores se aplica únicamente para los motores de inducción de rotor devanado. En cualquier motor de inducción, la velocidad mecánica (nM) puede determinarse mediante la siguiente expresión:

(3)

Donde s es el deslizamiento del motor, cuyo valor oscila entre 0 y 1. De esta forma, a mayor deslizamiento, menor velocidad mecánica del motor. El deslizamiento puede incrementarse al aumentar la resistencia del devanado del rotor, o bien, al reducir el voltaje en el devanado del rotor. De esta forma es que puede conseguirse el control de la velocidad en los motores de inducción de rotor devanado. Sin embargo, este tipo de variadores es de menor eficiencia que otros, razón por la cual en la actualidad tiene muy poca aplicación.

Variadores para motores de CA

Variador de frecuencia.

Los variadores de frecuencia (siglas AFD ,del inglés Adjustable Frecuency Drive; o bien VFD Variable Frecuency Drive) permiten controlar la velocidad tanto de motores de inducción (asíncronos de jaula de ardilla o de rotor devanado), como de los motores síncronos mediante el ajuste de la frecuencia de alimentación al motor.

Para el caso de un motor síncrono, la velocidad se determina mediante la siguiente expresión:

(4)

Cuando se trata de motores de inducción, se tiene:

(5)

donde:

velocidad síncrona (rpm)

velocidad mecánica (rpm)

frecuencia de alimentación (Hz)

deslizamiento (adimensional)

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