Control del motor de variador de frecuencia: configuración, ajuste y ahorro del VFD

Cómo funciona en la práctica el control del motor del variador de frecuencia

Un variador de frecuencia rectifica la CA entrante a CC y luego la invierte nuevamente a CA a una frecuencia ordenada. La velocidad del motor se establece principalmente por la frecuencia, mientras que los algoritmos de control y voltaje regulan el par y la estabilidad.

Velocidad, par y por qué es importante el modo de control

La mayoría de las aplicaciones se dividen en dos tipos de comportamiento: par variable (ventiladores/bombas) y par constante (transportadores/extrusores). Hacer coincidir el modo de control del variador con la carga mejora el torque a baja velocidad, el mantenimiento de la velocidad y la eficiencia.

Cuando un VFD es la herramienta adecuada

• Necesita velocidad ajustable para flujo, presión, tensión o rendimiento.
• El arranque suave reduce el impacto mecánico en comparación con los arranques transversales.
• Los costos de energía son altos y el proceso no requiere toda la velocidad de forma continua.
• Necesita funciones de automatización básicas como control PID, reposo/activación o ajustes preestablecidos de varias velocidades.

Cómo dimensionar y seleccionar un convertidor de frecuencia para el control del motor

El tamaño correcto está impulsado por corriente de carga completa del motor (FLA) y las demandas de sobrecarga de la carga, no solo caballos de fuerza/kW. Comience con la placa de identificación del motor y luego aplique los requisitos de servicio de la aplicación.

Reglas de dimensionamiento rápidas que evitan viajes molestos

• Haga coincidir la clasificación de corriente continua del variador con la FLA del motor con margen: ≥ 1,0× para ventiladores/bombas, ≥ 1,1–1,25× para par constante o aceleración frecuente.
• Compruebe la clase de sobrecarga: muchos convertidores proporcionan ~120% para los 60 (par variable) y ~150% durante 60 años (par constante), pero esto varía según el modelo.
• Tenga en cuenta el tiempo de aceleración: las rampas más cortas requieren un par/corriente máximo más alto.
• Reduzca la potencia para la temperatura ambiente, la altitud, el gabinete y la frecuencia de conmutación si lo especifica el fabricante del variador.

Ejemplo: cómo se ve el “margen” con números reales

Si un motor de 400 V y 30 kW tiene una placa de identificación FLA de ~56A (el rango típico depende de la eficiencia y el factor de potencia), elegir una unidad con 60–70A La clasificación continua suele ser apropiada para el funcionamiento de ventilador/bomba. Para un transportador con arranques pesados, cambiar a una transmisión que pueda soportar una sobrecarga mayor puede evitar tropiezos durante la aceleración.

Lista de verificación de selección para confiabilidad

1. Suministro de entrada: voltaje, fase, clasificación de cortocircuito y si se recomiendan reactores de línea.
2. Tipo de motor: motores de inducción, PM o especiales; Confirme la compatibilidad de la unidad.
3. Necesidades de control: V/Hz básico frente a vector, retroalimentación del codificador, funciones de PLC integradas, bus de campo.
4. Frenado: inercia/parada, inyección CC, resistencia de frenado dinámico o necesidades regenerativas.
5. Medio ambiente: polvo, humedad, vibraciones; elija el gabinete/clasificación IP y la estrategia de enfriamiento.

Prácticas de cableado e instalación que mantienen estable el control del motor VFD

La mayoría de los problemas “misteriosos” del VFD se deben a la conexión a tierra, al enrutamiento de cables o a prácticas incorrectas de los cables del motor. Una buena instalación reduce la EMI, protege el aislamiento del motor y mejora la precisión del control.

Elementos básicos de cableado y conexión a tierra

• Utilice cable de motor blindado cuando sea necesario; Termine el blindaje 360° según las mejores prácticas para el control de ruido de alta frecuencia.
• Mantenga los cables del motor físicamente separados del cableado analógico/de retroalimentación; cruzar a 90° si deben cruzarse.
• Conecte la tierra del variador, el marco del motor y el panel a una ruta de tierra de baja impedancia; Evite los motivos de "conexión en cadena" cuando sea posible.
• Si los cables del motor son largos, considere usar filtros dV/dt o sinusoidales para reducir el estrés del voltaje de onda reflejada.

Protección del motor y del variador

Una salida VFD es una forma de onda PWM, que puede aumentar las corrientes de los rodamientos y la tensión de aislamiento en determinadas configuraciones. La mitigación puede incluir una conexión a tierra adecuada, cojinetes aislados (cuando se especifique), bobinas de modo común y filtrado de salida, especialmente con motores más antiguos o cables muy largos.

No hagas esto (patrones de falla comunes)

• Cambie el motor entre el variador y la línea de alimentación usando contactores estándar sin un esquema de transferencia aprobado por el variador.
• Coloque condensadores de corrección del factor de potencia en la salida del VFD.
• Comparta comunes de referencia analógica con circuitos ruidosos; utilice un aislamiento de señal adecuado cuando sea necesario.

Pasos de puesta en marcha para un control fiable del motor del variador de frecuencia

Ingresar datos precisos de la placa de identificación del motor y ejecutar la rutina de identificación del motor del variador son los dos pasos de configuración de mayor impacto para una producción de par estable y menos viajes, especialmente en modos vectoriales.

Conjunto de parámetros mínimo para configurar primero

1. Voltios del motor, corriente del motor (FLA), frecuencia base, velocidad nominal (RPM) y potencia.
2. Modo de control: V/Hz para par variable, vectorial para par constante o mejor rendimiento a baja velocidad.
3. Tiempos de aceleración/deceleración y método de parada (inercia, rampa, inyección CC, frenado dinámico).
4. Configuraciones de límite de corriente y sobrecarga alineadas con la capacidad térmica del motor.
5. Velocidad mínima/máxima (Hz) y cualquier restricción del proceso (por ejemplo, velocidad mínima de enfriamiento para motores autoventilados).

Ejemplo de control PID para bombas y ventiladores

Para el control de la presión, el variador puede ajustar la velocidad para mantener un punto de ajuste. Un enfoque práctico inicial es una ganancia proporcional modesta y una acción integral lenta, que luego se refina según la respuesta:

• Configure la escala del transductor correctamente (por ejemplo, 4–20 mA = 0–10 bar) para evitar “sintonizar” una mala señal.
• Utilice la lógica de reposo/activación cuando la demanda sea cercana a cero para evitar oscilaciones y reducir el desgaste.
• Aplique una velocidad mínima razonable para mantener el enfriamiento del sello o el flujo mínimo, si es necesario.

Rampas: equilibrando las necesidades del proceso y los límites eléctricos

Si el variador se dispara por sobrecorriente durante la aceleración, aumente el tiempo de aceleración o reduzca la carga inicial. Si se dispara por sobretensión durante la desaceleración, extienda el tiempo de desaceleración o agregue frenado dinámico. Para cargas de alta inercia, el hardware de frenado a menudo convierte una parada inestable en una parada controlada.

Ahorros de energía y mejoras de rendimiento que puedes cuantificar

El control del motor de accionamiento de frecuencia es más atractivo desde el punto de vista financiero en cargas de par variable. Las leyes de afinidad proporcionan una estimación rápida: flujo ∝ velocidad, altura ∝ velocidad² y potencia ∝ velocidad³. Eso significa que pequeñas reducciones de velocidad pueden producir grandes reducciones de kW.

Ejemplo concreto que utiliza la relación de potencia cúbica

Si un ventilador usa 30 kW al 100% de velocidad, entonces al 80% de velocidad la potencia estimada del eje es 30 × 0,8³ = 30 × 0,512 ≈ 15,4 kilovatios . Esa es una reducción de aproximadamente 14,6 kilovatios mientras sigue moviendo ~80% del flujo de aire (suponiendo condiciones similares del sistema).

Donde los ahorros a menudo decepcionan (y cómo solucionarlo)

• Si el proceso necesita un par constante a una velocidad cercana a la nominal la mayor parte del tiempo, los ahorros serán limitados; en lugar de ello, céntrese en reducir el mantenimiento y mejorar el control.
• Si los amortiguadores o las válvulas de estrangulación todavía realizan el control “real”, traslade la autoridad de control al VFD con PID y trate el dispositivo mecánico como un límite de ajuste o de seguridad.
• Si la velocidad mínima se establece demasiado alta, revise las restricciones del proceso; incluso una caída de velocidad del 10 % puede reducir la potencia del ventilador/bomba en aproximadamente un 27 %.

Solución rápida de problemas de control del motor del variador de frecuencia

Comience por identificar si el disparo está relacionado con la corriente, el voltaje o la señal/control. ; esto reduce la causa raíz rápidamente y evita cambios aleatorios de parámetros.

Mapa de síntoma a causa

Un resumen conciso de las “buenas prácticas”

Para obtener resultados consistentes en el control del motor del variador de frecuencia, priorice los datos precisos del motor, el modo de control apropiado, rampas sensibles y una instalación limpia. Cuando se ajusta e instala correctamente, el VFD se convierte en una herramienta de proceso predecible, no en una fuente de disparos intermitentes.