Un variador de frecuencia (VFD), también conocido como variador de frecuencia ajustable, variador de velocidad ajustable, inversor o variador de CA, es un tipo de controlador de motor que impulsa un motor eléctrico variando la frecuencia y el voltaje suministrados al motor eléctrico. Como proveedor de VFD, a menudo me preguntan cómo afecta un VFD al par del motor. En esta publicación de blog, profundizaré en la relación entre los VFD y el torque del motor, explorando los principios, factores e implicaciones prácticas.
Comprender el par del motor
Antes de analizar cómo un VFD afecta el par motor, es esencial comprender qué es el par motor. El par es la fuerza de rotación producida por el motor, que es responsable de impulsar la carga. Se mide en Newton - metros (N·m) o pies - libras (ft - lb). La cantidad de torque que puede producir un motor depende de varios factores, incluido el diseño del motor, el voltaje aplicado y la frecuencia de la fuente de alimentación.
En un motor de CA estándar, la característica par-velocidad es relativamente fija. A bajas velocidades, el motor puede producir un par elevado, lo que resulta útil para arrancar cargas pesadas. A medida que aumenta la velocidad, el par normalmente disminuye. Esta característica está determinada por el campo magnético del motor y la interacción entre el estator y el rotor.
Cómo funcionan los VFD
Un VFD funciona convirtiendo la energía de CA entrante en energía de CC a través de un rectificador. Luego, una sección inversora convierte la energía CC nuevamente en energía CA con una frecuencia y voltaje variables. Al ajustar la frecuencia y el voltaje, el VFD puede controlar la velocidad y el par del motor.
El principio básico detrás de un VFD es la relación V/f (tensión-frecuencia). En un motor de CA, el flujo magnético en el motor es proporcional a la relación V/f. Para mantener un flujo magnético constante (y por tanto una capacidad de producción de par constante), el voltaje debe ajustarse en proporción a la frecuencia. Por ejemplo, si la frecuencia se reduce a la mitad de la frecuencia nominal, el voltaje también debe reducirse a la mitad para mantener constante la relación V/f.
Efectos de los VFD sobre el par del motor
Operación de par constante
En muchas aplicaciones, como transportadores, bombas de desplazamiento positivo y polipastos, se requiere un par constante en un amplio rango de velocidades. Un VFD puede lograr un funcionamiento de par constante manteniendo una relación V/f constante. Cuando se reduce la frecuencia, el voltaje también disminuye proporcionalmente, asegurando que el flujo magnético en el motor permanezca constante. Como resultado, el motor puede producir la misma cantidad de par a velocidades más bajas que a la velocidad nominal.
Por ejemplo, si un motor tiene una potencia nominal de 100 N·m de par a 1500 RPM y 50 Hz, cuando el VFD reduce la frecuencia a 25 Hz, el voltaje también se reduce a la mitad. El motor aún puede producir 100 N·m de torque a 750 RPM, lo que le permite impulsar la carga de manera efectiva a una velocidad más baja. Esta operación de par constante es crucial para aplicaciones donde la carga requiere una cantidad constante de fuerza independientemente de la velocidad.
Operación de par variable
Algunas aplicaciones, como bombas centrífugas y ventiladores, tienen un requisito de par variable. El par requerido por estas cargas es proporcional al cuadrado de la velocidad. Un VFD puede optimizar el consumo de energía en estas aplicaciones ajustando el voltaje y la frecuencia de acuerdo con los requisitos de torque de la carga.
A medida que disminuye la velocidad de una bomba centrífuga o un ventilador, el par requerido por la carga disminuye significativamente. Un VFD puede reducir el voltaje y la frecuencia de manera más agresiva que en aplicaciones de par constante, ahorrando energía. Por ejemplo, si la velocidad de un ventilador se reduce a la mitad de su velocidad nominal, el par requerido por el ventilador se reduce a un cuarto del par nominal. El VFD puede ajustar el voltaje y la frecuencia en consecuencia, lo que resulta en ahorros de energía sustanciales.
Alto - Arranque de par
Una de las ventajas importantes de utilizar un VFD es su capacidad para proporcionar un arranque de alto par. En un arranque directo en línea (DOL) de un motor de CA, el motor consume una gran corriente de entrada, lo que puede provocar caídas de tensión en la fuente de alimentación y tensión mecánica en el motor y la carga. Un VFD, por otro lado, puede aumentar gradualmente la frecuencia y el voltaje, permitiendo que el motor arranque suavemente con un par alto.
El VFD puede controlar la tasa de aceleración, asegurando que el motor alcance la velocidad deseada sin sobrecargar el sistema. Esto es particularmente útil para aplicaciones con cargas iniciales pesadas, como trituradoras y mezcladoras. Al proporcionar un arranque de alto par, el VFD puede extender la vida útil del motor y reducir los costos de mantenimiento.
Factores que afectan la relación de torsión y VFD
Diseño de motores
El diseño del motor juega un papel crucial en cómo responde a un VFD. Los diferentes tipos de motores, como los motores de inducción y los motores síncronos de imanes permanentes, tienen diferentes características de velocidad y par. Los motores de inducción se utilizan ampliamente con VFD debido a su robustez y costo relativamente bajo. Sin embargo, pueden tener algunas limitaciones en términos de funcionamiento a alta velocidad y eficiencia en comparación con los motores síncronos de imanes permanentes.
La configuración del devanado del motor, la cantidad de polos y el diseño del rotor también pueden afectar la producción de torque cuando se usa un VFD. Por ejemplo, un motor con una mayor cantidad de polos tendrá una velocidad síncrona más baja y puede requerir diferentes configuraciones de V/f para lograr un rendimiento de par óptimo.
Configuración del VFD
Los ajustes del VFD, como los tiempos de aceleración y desaceleración, el límite de par y la curva V/f, pueden afectar significativamente el par del motor. Los tiempos de aceleración y desaceleración determinan qué tan rápido el motor alcanza la velocidad deseada. Si el tiempo de aceleración es demasiado corto, es posible que el motor no pueda producir suficiente par para acelerar la carga, lo que provocará disparos por sobrecorriente.
La configuración del límite de par permite al usuario restringir el par máximo que el motor puede producir. Esto es útil para proteger el motor y la carga contra daños. La configuración de la curva V/f se puede ajustar para optimizar la característica de par-velocidad para diferentes aplicaciones. Algunos VFD ofrecen múltiples curvas V/f, como curvas lineales, cuadráticas y personalizadas, para cumplir con los requisitos específicos de la carga.
Características de carga
Las características de la carga, como la inercia, la fricción y el tipo de carga (par constante o par variable), también afectan la relación par - VFD. Una carga con alta inercia requiere más torque para acelerar y desacelerar. El VFD debe tener el tamaño y la configuración adecuados para manejar los requisitos de alto torque durante estos períodos transitorios.
La fricción en la carga también puede afectar el torque necesario para impulsar la carga. Si hay fricción excesiva, el motor puede requerir más torque para superarla. Comprender las características de la carga es esencial para seleccionar el VFD correcto y configurar los parámetros adecuados para garantizar un rendimiento de par óptimo.
Implicaciones prácticas para la selección y aplicación de VFD
Al seleccionar un VFD para una aplicación específica, es crucial considerar los requisitos de torque de la carga. Para aplicaciones de par constante, es necesario un VFD que pueda mantener una relación V/f constante en un amplio rango de velocidades.Variador de frecuencia de 22 KWEs una excelente opción para muchas aplicaciones de par constante con un requisito de potencia de alrededor de 22 KW.
Para aplicaciones de par variable, se prefiere un VFD con funciones avanzadas de ahorro de energía y la capacidad de ajustar la relación V/f según los requisitos de par de la carga.VFD para motoresofrece una gama de VFD adecuados para diversas aplicaciones de motores, incluidas aquellas con cargas de par variable.
Además, el VFD debe tener el tamaño adecuado para manejar la corriente nominal del motor y los requisitos de par máximo durante los períodos de arranque y transitorios. Sobredimensionar o subdimensionar el VFD puede provocar un rendimiento deficiente, un mayor consumo de energía y posibles daños al motor y al VFD.
Conclusión
Como proveedor de VFD, entiendo la importancia de cómo un VFD afecta el torque del motor. Un VFD puede proporcionar operación de par constante para aplicaciones que requieren una cantidad constante de fuerza, operación de par variable para un funcionamiento energéticamente eficiente en aplicaciones con cargas de par variable y arranque de par alto para aplicaciones de carga pesada.
Al comprender los principios de funcionamiento del VFD, los factores que afectan la relación par-VFD y las implicaciones prácticas para la selección y aplicación del VFD, los usuarios pueden tomar decisiones informadas al elegir un VFD para sus sistemas de motor. Si está buscando una solución VFD confiable para su aplicación de motor, ya sea unVariador de frecuencia de 22 KW, aVFD para motores, o unUnidad inversora, no dude en contactarnos para obtener más información y discutir sus requisitos específicos. Estamos listos para ayudarlo a encontrar el VFD perfecto para sus necesidades.
Referencias
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- Fitzgerald, AE, Kingsley, C., Jr. y Umans, SD (2003). Maquinaria Eléctrica. McGraw-Hill.
- Krause, PC, Wasynczuk, O. y Sudhoff, SD (2002). Análisis de Maquinaria Eléctrica y Sistemas de Accionamiento. Wiley - Interciencia.