Panel de control de VFD

Estándares aplicables

UL 508A

IEC61000-4 《Enmienda 1-compatibilidad electrónica (EMC)》

Característica

• Excelente rendimiento
• De ahorro de energía
• Alta eficiencia
  
  
  

Estándares de rendimiento del producto

GB/T 12668.3-2012: Unidades eléctricas de velocidad variable-Parte 3: Requisitos de compatibilidad electromagnética y métodos de prueba específicos

IEC 61800-2: 2021: Sistemas de accionamiento eléctrico de velocidad de velocidad ajustable - Parte 2: Requisitos generales - Especificaciones de calificación para sistemas de transmisión de potencia de CA de velocidad ajustable

IEC 60204-1: 2021: Seguridad de la maquinaria - Equipo eléctrico de máquinas - Parte 1: Requisitos generales

IEC 61000-6-2: 2016: Compatibilidad electromagnética (EMC)-Parte 6-2: Normas genéricas-Estándar de inmunidad para entornos industriales

Solicitud

El panel de control de VFD se usa ampliamente con líneas de producción, bombas, ventiladores, aires acondicionados, ascensores, almacenes de logística, metalurgia y varios otros escenarios industriales.

La importancia de la tecnología VFD

La tecnología de accionamiento de frecuencia variable (VFD) es una piedra angular de la automatización industrial moderna, que ofrece avances críticos en la eficiencia, control y longevidad del equipo. Al administrar con precisión la velocidad y el par de los motores eléctricos, los VFD proporcionan ventajas significativas sobre los sistemas de motor de velocidad fija tradicionales.

Los principales beneficios de la tecnología VFD incluyen:

• Ahorro de energía: Una de las ventajas más convincentes es la reducción sustancial en el consumo de energía. En aplicaciones como bombas y ventiladores, el consumo de energía de un motor está directamente relacionado con el cubo de su velocidad; Incluso una pequeña reducción en la velocidad puede conducir a un ahorro de energía significativo, a menudo reduciendo el uso de energía en casi un 50% con solo una reducción de velocidad del 20%. Esta capacidad permite que la maquinaria coincida con el uso de energía con la demanda de carga real, minimizando los desechos y reduzca los costos operativos.
• Control de proceso mejorado: Los VFD permiten un control preciso y ajustable sobre la velocidad, la aceleración y el torque de un motor. Esto conduce a una operación más suave, como arranque suave que aumentan gradualmente la velocidad del motor, reduciendo el estrés mecánico en las correas, los engranajes y los acoplamientos. Este nivel de control es crucial en las aplicaciones que requieren alta precisión, desde sistemas de fabricación de sistemas transportadores hasta aplicaciones HVAC, asegurando una mejor calidad del producto y un rendimiento consistente.
• Vida útil del equipo extendido: Al reducir el estrés mecánico durante el inicio y la operación, los VFD minimizan el desgaste de los motores y el equipo conectado. Esta operación más suave conduce a una vida útil más larga para los componentes mecánicos y reduce la frecuencia de mantenimiento y tiempo de inactividad. Además, los VFD ofrecen una mejor protección para los motores contra problemas como sobrecarga térmica, sobretensión y subvoltaje.

Componentes centrales de un panel VFD

Un panel de control de unidad de frecuencia variable (VFD) es un ensamblaje de varios componentes que trabajan juntos para controlar de manera segura un motor. Si bien el VFD en sí es el componente central, el panel integra otros dispositivos críticos para garantizar la protección, la estabilidad operativa y el control del usuario.

La unidad de frecuencia variable (VFD)

En el corazón del panel se encuentra el VFD, también conocido como unidad de CA o inversor. Este sofisticado dispositivo electrónico es responsable de convertir la frecuencia fija y el voltaje de la fuente de alimentación entrante en una frecuencia variable de frecuencia y voltaje. Este proceso permite un control preciso sobre la velocidad y el par del motor. Un VFD se compone de tres secciones principales: el rectificador, un enlace DC y el inversor.

Piezas eléctricas clave

Para admitir el VFD y proteger todo el sistema, un panel de control incluye varios componentes eléctricos clave:

• Circuit Breakers and Fuses: Estos son dispositivos de protección esenciales ubicados en la fuente de alimentación de entrada. Salvaguardan el VFD y otros componentes del daño al interrumpir el circuito en caso de cortocircuito o sobrecarga. También sirven como un medio para desconectar la energía de manera segura para el mantenimiento.
• Reactores de línea y filtros armónicos: Un reactor de línea es un inductor instalado antes del VFD para mitigar los armónicos y los picos de voltaje desde la línea de alimentación, mejorando la calidad de la potencia y protegiendo la unidad. Para una reducción más efectiva de la distorsión armónica, que puede afectar negativamente a otros equipos en la misma red eléctrica, se puede usar un filtro armónico.
• Contactores y dispositivos de derivación: Se puede usar un contactor para activar o desconectar el VFD del motor. Un contactor de derivación permite que el motor se ejecute directamente desde la fuente de alimentación principal, evitando el VFD. Esta es una característica crucial para aplicaciones críticas donde el sistema debe continuar funcionando incluso si el VFD falla o requiere mantenimiento.
• Sistema de enfriamiento: Los VFD generan una cantidad significativa de calor durante la operación. Para evitar el sobrecalentamiento y garantizar la confiabilidad, los paneles de control están equipados con sistemas de enfriamiento, que pueden incluir ventiladores de enfriamiento o unidades de aire acondicionado, especialmente en entornos calientes.

Unidad de control e interfaz

Esta parte del panel permite la interacción humana y el monitoreo del sistema:

• Interfaz de operador (HMI): La parte delantera del panel generalmente presenta una interfaz de operador, como un teclado, pantalla táctil o botones y luces indicadoras. Esto permite a los operadores iniciar y detener el motor, ajustar su velocidad, monitorear el estado operativo (por ejemplo, velocidad, corriente) y ver cualquier falla o alarma. Estas interfaces pueden variar, desde push-buttons hasta pantallas táctiles avanzadas que se integran con sistemas de control más grandes.

Cómo funciona un panel de control de VFD

Un gabinete VFD manipula la energía eléctrica a través de un proceso de tres etapas para controlar con precisión la velocidad de un motor. Este proceso ocurre dentro de la unidad de frecuencia variable, que es el componente central alojado y protegido por el panel.

Conversión de CA a CC (rectificación)

El proceso comienza cuando la potencia de CA de frecuencia fija estándar de la línea de utilidad ingresa al VFD. La primera etapa dentro de la unidad es un convertidor o rectificador, que generalmente se compone de una serie de diodos. La única función de esta sección es transformar el voltaje de CA entrante en el voltaje de CC. La salida de esta etapa es un voltaje de CC pulsante.

El bus de CC y el filtrado

El voltaje de CC pulsante desde el rectificador se envía al bus de CC, también conocido como el enlace DC. Esta etapa intermedia consiste en grandes condensadores que filtran y suavizan las pulsaciones, creando un voltaje de CC limpio y estable. Los condensadores actúan como un depósito, almacenando la energía eléctrica a ser utilizada por la etapa final.

Conversión de DC a CA (inversión)

Esta es la etapa crítica donde ocurre el control. La sección final del VFD es el inversor. Se necesita el voltaje de CC suave del bus de CC y, utilizando transistores de alta velocidad (como transistores bipolares de puerta aislados o IGBT), crea sintéticamente una nueva salida de voltaje de CA. Al encender y apagar estos transistores a una velocidad muy alta, se utiliza una técnica conocida como modulación de ancho de pulso (PWM) para construir una onda de AC simulada. Crucialmente, tanto el voltaje como la frecuencia de esta nueva salida de CA son totalmente ajustables.

Lograr un control de motor preciso

La velocidad de rotación de un motor de CA es directamente proporcional a la frecuencia de la alimentación suministrada a él. Al controlar con precisión la frecuencia de la salida de CA sintetizada del inversor, el VFD puede dictar la velocidad exacta a la que gira el motor. Por ejemplo, para ejecutar un motor de 60 Hz a media velocidad, el VFD generará una frecuencia de 30 Hz. El VFD también ajusta el voltaje de salida en proporción a la frecuencia (manteniendo una relación constante Volts por Hertz o V/Hz) para proporcionar el torque necesario y evitar que el motor dibuje la corriente excesiva y el sobrecalentamiento. Todo este proceso permite un control suave y sin paso sobre la velocidad del motor desde casi cero hasta su velocidad nominal completa e incluso más allá.

Aplicaciones comunes de paneles VFD

Los paneles de transmisión VFD son versátiles y ampliamente utilizados en numerosas industrias para mejorar el control motor, mejorar la eficiencia energética y optimizar los procesos. Su capacidad para administrar con precisión la velocidad del motor los hace invaluables en una variedad de aplicaciones, desde servicios de construcción hasta grandes operaciones industriales.

Sistemas HVAC

En los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC), los VFD son cruciales para controlar ventiladores, bombas y compresores. Al ajustar la velocidad del motor para que coincida con la demanda de calefacción o enfriamiento en tiempo real de un edificio, los VFD pueden reducir significativamente el consumo de energía. Por ejemplo, la desaceleración de un motor de ventilador en un 20% puede dar lugar a un ahorro de energía de casi el 50%. Este control preciso también conduce a niveles de temperatura y presión más estables, mejorando la comodidad de los ocupantes y extendiendo la vida útil del equipo al reducir el estrés mecánico de los inicios repentinos y las paradas.

Bombas de pozo y tratamiento de agua

Los paneles VFD se usan con frecuencia en la gestión de agua y aguas residuales. En aplicaciones de bomba de pozos, un VFD puede mantener una presión constante de agua a pesar de la demanda fluctuante ajustando la velocidad de la bomba. Esto elimina el ciclo frecuente de encendido/apagado del motor de la bomba, que ahorra energía y extiende la vida del motor. En las plantas de tratamiento de agua, los VFD se utilizan para controlar bombas y sopladores, lo que permite una regulación precisa de las tasas de flujo y los procesos de aireación, lo cual es esencial para un tratamiento efectivo. También pueden ayudar a mitigar problemas como el martillo de agua al proporcionar un comienzo suave y detenerse para las bombas.

Industrial y fabricación

En el sector industrial, los paneles VFD son esenciales para una amplia variedad de maquinaria. Las aplicaciones incluyen:

• Sistemas de transporte: Los VFD permiten ajustar la velocidad de los transportadores en función de las necesidades de producción, asegurando una operación suave y sincronización con otros procesos.
• Bombas, compresores y ventiladores: Similar a los sistemas HVAC, los VFD se utilizan para controlar las bombas industriales, los compresores y los ventiladores para que coincidan con la salida con la demanda del proceso, ahorrando energía.
• Máquinas herramientas: En equipos como mezcladores, molinos y tornos, los VFD proporcionan la velocidad precisa y el control de torque necesario para la calidad y consistencia del producto.