VARIADORES DE VLOCIDAD
Los Variadores de Velocidad (VSD, por sus siglas en inglés Variable Speed Drive) es en un sentido amplio un dispositivo o conjunto de dispositivos mecánicos, hidráulicos, eléctricos o electrónicos empleados para controlar la velocidad giratoria de maquinaria, especialmente de motores. También es conocido como Accionamiento de Velocidad Variable (ASD, también por sus siglas en inglés Adjustable-Speed Drive). De igual manera, en ocasiones es denominado mediante el anglicismo Drive, costumbre que se considera inadecuada. La maquinaria industrial generalmente es accionada a través de motores eléctricos, a velocidades constantes o variables, pero con valores precisos. No obstante, los motores eléctricos generalmente operan a velocidad constante o casi-constante, y con valores que dependen del abastecimiento y de las características propias del motor, los cuales no se pueden modificar fácilmente. Para lograr regular la velocidad de los motores, se emplea un controlador de equipos especiales que recibe el nombre de variadores de velocidad. Los variadores de velocidad se emplean en una amplia gama de aplicaciones industriales, como en ventiladores y equipo de aire acondicionado, equipo de bombeo, bandas y transportadores industriales, elevadores, llenadoras, tornos y fresadoras, etc. Los variadores de velocidad pueden consistir en la combinación de un motor eléctrico y el controlador que se emplea para regular la velocidad del mismo. La combinación de un motor de velocidad constante y de un dispositivo mecánico que permita cambiar la velocidad de forma continua (sin ser un motor paso a paso) también puede ser designado como variadores de velocidad.
Rectificador:
Esta parte incluye 4 ó 6 diodos, en función de si se trata de un variador de entrada monofásico o trifásico, que rectifican la frecuencia fijada del voltaje de entrada que se suministra al enlace de c.c.
Enlace de c.c.:
Esta parte está integrada por condensadores que almacenan el voltaje del rectificador que se utiliza en la fase inversora del variador. El voltaje existente puede alcanzar los 800 Vc.c., por lo que debe extremarse la precaución y no tocar ningún componente de esta parte. Esta área también sirve para absorber el exceso de energía del proceso de regeneración, término que se emplea para describir la energía que «genera» el motor cuando se detiene de forma precipitada una carga con un momento de inercia muy elevado. Si se desean obtener altos niveles de frenado se precisan transistores y resistencias adecuadas.
Variador:
El variador contiene seis transistores empleados a modo de conmutadores que reconstituyen el enlace de c.c. en un patrón de frecuencia y voltaje variables para controlar el motor c.a. El sistema más empleado para ello es la modulación de la duración de los pulsos (PWM).
Circuito de control:
En esta parte se utiliza la información del usuario, como la velocidad definida, para controlar las funciones de los variadores de velocidad y generar la velocidad y el par necesarios para el eje del motor. El circuito de control también sirve para proteger los variadores de velocidad en determinadas situaciones y para proporcionar al usuario información sobre el estado de los variadores de velocidad.
LA RESPUESTA ES EL CONTROL VECTORIAL
En los variadores de velocidad vectoriales, el módulo variador controla las corrientes que generan flujo y par a fin de optimizar el empleo de la corriente que genera el par motor. Gracias a la tecnología mejorada de los circuitos de control, la reacción a la carga también se ha visto mejorada, al igual que el mantenimiento de la velocidad.
MOTIVOS PARA EMPLEAR VARIADORES DE VELOCIDAD
El control de procesos y el ahorro de la energía son dos de las principales razones para el empleo de variadores de velocidad. Históricamente, los variadores de velocidad fueron desarrollados originalmente para el control de procesos, pero el ahorro energético ha surgido como un objetivo tan importante como el primero.
VELOCIDAD COMO UNA FORMA DE CONTROLAR UN PROCESO
Entre las diversas ventajas en el control del proceso proporcionadas por el empleo de variadores de velocidad destacan:
- Operaciones más suaves.
- Control de la aceleración.
- Distintas velocidades de operación para cada fase del proceso.
- Compensación de variables en procesos variables.
- Permitir operaciones lentas para fines de ajuste o prueba.
- Ajuste de la tasa de producción.
- Permitir el posicionamiento de alta precisión.
- Control del Par motor (torque).
FOMENTAR EL AHORRO DE ENERGÍA MEDIANTE EL USO DE VARIADORES DE VELOCIDAD
Un equipo accionado mediante variadores de velocidad emplea generalmente menor energía que si dicho equipo fuera activado a una velocidad fija constante. Los ventiladores y bombas representan las aplicaciones más llamativas. Por ejemplo, cuando una bomba es impulsada por un motor que opera a velocidad fija, el flujo producido puede ser mayor al necesario. Para ello, el flujo podría regularse mediante una válvula de control dejando estable la velocidad de la bomba, pero resulta mucho más eficiente regular dicho flujo controlando la velocidad del motor, en lugar de restringirlo por medio de la válvula, ya que el motor no tendrá que consumir una energía no aprovechada.
TIPOS DE VARIADORES DE VELOCIDAD
En términos generales, puede decirse que existen tres tipos básicos de variadores de velocidad: mecánicos, hidráulicos y eléctrico-electrónicos. Dentro de cada tipo pueden encontrarse más subtipos, que se detallarán a continuación. Cabe aclarar que los variadores de velocidad más antiguos fueron los mecánicos, que se emplearon originalmente para controlar la velocidad de las ruedas hidráulicas de molinos, así como la velocidad de las máquinas de vapor.
Los variadores de velocidad mecánicos e hidráulicos generalmente son conocidos como transmisiones cuando se emplean en vehículos, equipo agroindustrial o algunos otros tipos de maquinaria.
VARIADORES DE VELOCIDAD MECÁNICOS
Variador de paso ajustable: este dispositivo emplea poleas y bandas en las cuales el diámetro de una o más poleas puede ser modificado.
Variador de tracción: transmite potencia a través de rodillos metálicos. La relación de velocidades de entrada/salida se ajusta moviendo los rodillos para cambiar las áreas de contacto entre ellos y así la relación de transmisión.
Animación 3D esquemática del funcionamiento
VARIADORES DE VELOCIDAD HIDRÁULICOS
Variador hidrostático: consta de una bomba hidráulica y un motor hidráulico (ambos de desplazamiento positivo). Una revolución de la bomba o el motor corresponde a una cantidad bien definida de volumen del fluido manejado. De esta forma la velocidad puede ser controlada mediante la regulación de una válvula de control, o bien, cambiando el desplazamiento de la bomba o el motor.
Variador hidrodinámico: emplea aceite hidráulico para transmitir par mecánico entre un impulsor de entrada (sobre un eje de velocidad constante) y un rotor de salida (sobre un eje de velocidad ajustable). También llamado acoplador hidráulico de llenado variable.
Variador hidroviscoso: consta de uno o más discos conectados con un eje de entrada, los cuales estará en contacto físico (pero no conectados mecánicamente) con uno o más discos conectados al eje de salida. El par mecánico (torque) se transmite desde el eje de entrada al de salida a través de la película de aceite entre los discos. De esta forma, el par transmitido es proporcional a la presión ejercida por el cilindro hidráulico que presiona los discos.
VARIADORES DE VELOCIDAD ELÉCTRICO-ELECTRÓNICOS
Existen cuatro categorías de variadores de velocidad eléctrico-electrónicos:
- variadores de velocidad para motores de CC.
- variadores de velocidad por corrientes de Eddy.
- variadores de velocidad de deslizamiento.
- variadores de velocidad para motores de CA (también conocidos como variadores de frecuencia).
TIPOS DE VARIADORES DE VELOCIDAD ELÉCTRICO-ELECTRÓNICOS
Los variadores eléctrico-electrónicos incluyen tanto el controlador como el motor eléctrico, sin embargo, es práctica común emplear el término variador de velocidad únicamente al controlador eléctrico.
Los primeros variadores de velocidad 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.