Para hablar de los Controladores de Frecuencia Variable, o VFD por sus siglas en inglés, veamos ciertos conceptos: Primero tenemos los motores DC (de Corriente Directa, o Corriente Contínua), estos motores fueron durante mucho tiempo más populares que los motores AC (de Corriente Alterna) debido a su velocidad ajustable de manera sencilla. A pesar de lo prometedor que resultaban los motores AC, no se encontraba una manera eficaz de controlar su velocidad.
Fue en la década de los 80 cuando la tecnología “controladora de velocidad” para los motores AC fue lo suficientemente confiable y económica para popularizar su uso. Aquí entran en escena los VFD, dispositivos capaces de controlar la velocidad de los motores por medio del control de la frecuencia con la que operan. Esto es así porque la velocidad de los motores (es decir las Revoluciones Por Minuto, RPM) está en directa relación con la frecuencia (los hertz).
Por lo que finalmente los distintos requisitos de velocidad por parte las plantas podía ser satisfecho. Si una aplicación requería una velocidad menor a la del motor a toda velocidad, simplemente se ajustaba la frecuencia.
¿Cómo opera un motor AC?
Cuando hablamos de VFD es importante comprender el funcionamiento básico de un motor AC.
El mismo se compone de dos partes principales, el rotor y el estator, que funcionan juntos a través de una interacción magnética. En el estator se encuentran dos piezas de hierro enrollados en un patrón específico para proveer de un campo magnético norte-sur, se trata de un par de polos.
Con un par de polos aislados en el motor, el rotor (el eje) rota a una velocidad específica, la velocidad base. El número de polos y la frecuencia son los elementos que determinaran la velocidad del motor (menos el deslizamiento, pero éste concepto es mas complejo y lo veremos después).
De esto se deduce que modificando cualquiera de estos dos elementos, modificaremos además, la velocidad del motor. Pero la razón por la que se opta por cambiar la frecuencia, es que el cambiar la cantidad de polos conlleva un gran esfuerzo en la modificación de las chapas y el bobinado del motor y no resulta práctico. Es por eso que con el objetivo de que las acciones emprendidas para poder controlar la velocidad del motor resulten convenientes, precisas y eficientes – en relación con su costo – es el cambio de frecuencia lo que resulta práctico.
Funcionamiento del VFD
Con respecto al funcionamiento del VFD, diremos que consta de 3 partes principales: el Convertidor, el Capacitor y el Inversor.
El Convertidor está compuesto por 6 diodos dispuestos en un puente eléctrico. Estos permiten que la corriente fluya en una sola dirección. Estos diodos convierten la energía AC a energía DC, de manera que la siguiente sección del VFD obtenga una corriente DC.
La corriente DC obtenida del Convertidor no es muy regular, por lo que se necesita del Capacitor, la segunda sección del VFD. Es la encargada de filtrar la corriente DC recibida de manera que la siguiente sección reciba una corriente DC fluida y regular.
La tercera parte del VFD es el Inversor, y es la encargada de transformar la corriente DC en corriente AC, pero de una manera en la que la frecuencia y el voltaje sean controlados (que es en sí, el objetivo final del VFD). La manera en que es capaz de realizar esto depende de qué dispositivo de potencia el VFD está usando. En este artículo nos referiremos a los IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor (Transistor Bipolar de Puerta Aislada). Este dispositivo lo que efectivamente hace es emitir un voltaje y una frecuencia AC variable, mediante el encendido y apagado del bus de Corriente Directa a intervalos específicos. Esta Corriente Alterna no es exactamente igual a la ingresada en el Convertidor en la primera sección del VFD, sino que se trata de pulsos de voltaje a una magnitud constante.
Algunos vínculos en inglés:
En este lugar verá algunos VFD Chinos
En la revista Ingeniería de Planta.
Diferentes tipos de variadores.
En castellano:
