Si alguna vez ha trabajado con motores industriales, probablemente haya escuchado muchas preguntas sobre cómo combinar variadores de frecuencia (VFD) con diferentes tipos de motores. Una pregunta que surge regularmente entre nuestros clientes, muchos de los cuales son pequeños fabricantes, constructores de maquinaria y técnicos de mantenimiento, es: "¿Se puede usar un VFD trifásico de 3 hp con un motor de CC?" Como proveedor especializado en soluciones VFD, he pasado años respondiendo exactamente a esta pregunta y la respuesta no es un simple sí o no. Depende de cómo funciona cada componente, las especificaciones eléctricas involucradas y lo que intentas lograr con la configuración. Analicemos esto claramente, comenzando con los conceptos básicos tanto del VFD trifásico de 3 hp como del motor de CC.
Primero, analicemos lo que hace cada parte. Un variador de frecuencia, a veces llamado convertidor de frecuencia VFD, está diseñado para controlar la velocidad de motores de corriente alterna (CA) ajustando la frecuencia y el voltaje de la potencia enviada al motor. La mayoría de los VFD estándar del mercado están diseñados para motores de inducción de CA, motores síncronos de CA o motores de CA de imán permanente; estos son los caballos de batalla de equipos industriales como cintas transportadoras, bombas y máquinas herramienta. Nuestro VFD trifásico de 3 hp está diseñado específicamente para motores de CA trifásicos con capacidad de 3 caballos de fuerza, por lo que sus circuitos internos están sintonizados para manejar las características de energía de CA de esos motores. Convierte la energía CA entrante (ya sea monofásica o trifásica, según el modelo) en corriente continua (CC), luego convierte esa CC nuevamente en CA de frecuencia variable para satisfacer las necesidades de velocidad del motor. Esa cadena de conversión es clave aquí.
Un motor de CC, por otro lado, funciona con corriente continua y no requiere conversión. Su velocidad se controla ajustando el voltaje enviado a su armadura o, en algunos casos, ajustando la corriente de campo. Los motores de CC existen desde hace décadas y todavía se utilizan en aplicaciones que necesitan un control preciso de la velocidad a bajas velocidades, un par alto en el arranque o un rendimiento constante en un amplio rango de velocidades, como grúas, polipastos y algunas maquinarias de embalaje. El problema es que un VFD estándar no está cableado para manejar energía CC directamente, al menos no de la misma manera que está cableado para manejar CA.
Entonces, ¿puedes realmente conectar un VFD trifásico de 3 hp a un motor de CC? Entremos en el aspecto técnico. La respuesta corta es: generalmente no, no con un VFD estándar disponible en el mercado. He aquí por qué. El diseño interno del VFD está diseñado para salida de CA. Toma CA entrante, la rectifica a CC y luego invierte esa CC en CA con frecuencia variable. Un motor de CC no necesita esa CA invertida: necesita energía de CC pura. Si conecta un motor de CC a los terminales de salida de un VFD estándar, está enviando energía de CA a un componente fabricado para CC, que no funcionará correctamente. El VFD está diseñado para suministrar corriente alterna que alterna dirección a una frecuencia establecida; La armadura de un motor de CC depende de un flujo de corriente constante (o cambios de corriente controlados en el caso de motores de CC con escobillas) para generar par. Enviar CA a un motor de CC haría que vibre excesivamente, produciría poco o ningún par utilizable e incluso podría dañar los devanados del motor o el propio VFD si se producen picos de corriente.
Dicho esto, existe una pequeña excepción. Si su motor de CC es en realidad un “motor de CC” que ha sido reutilizado, o más específicamente, un motor de CC bobinado en serie que a veces se usa en aplicaciones de tracción, como motores de montacargas eléctricos antiguos, algunas personas han experimentado modificando los VFD para que funcionen con ellos. Pero aun así, no es una configuración estándar y no se recomienda para la mayoría de los usos industriales. Esas modificaciones requieren volver a cablear la salida del VFD para suministrar CC constante en lugar de CA de frecuencia variable, lo que cambia toda la función del variador. Ya no sería un VFD, ya que los VFD son, por definición, convertidores de frecuencia. Para esa configuración modificada, sería mejor usar un controlador de motor de CC diseñado para ese propósito, en lugar de un VFD trifásico de 3 hp diseñado para CA.
Hablemos también de la combinación de potencia, que es un detalle fundamental para cualquier combinación de motor y variador. Nuestro VFD trifásico de 3 hp está clasificado para manejar un motor de CA de 3 hp, que consume una cantidad específica de corriente (aproximadamente 7,5 amperios a 230 V trifásico, como referencia). Un motor de CC de la misma potencia consumirá una corriente diferente según su voltaje nominal. Por ejemplo, un motor de 3 hp y 24 V CC consume alrededor de 100 amperios a plena carga, mientras que un motor de 3 hp y 48 V CC consume aproximadamente 50 amperios. Esa es una forma de consumo de corriente diferente a la que el VFD está diseñado para suministrar. Incluso si pudiera modificar un VFD para generar CC, sus componentes internos (como los transistores utilizados en la etapa del inversor) estarían dimensionados para la corriente más baja de un motor de CA de 3 hp, no para la corriente mucho más alta que necesita un motor de CC de la misma potencia. Esto provocaría sobrecalentamiento, falla prematura de las piezas o un peligro para la seguridad debido a una sobrecarga eléctrica.
Quizás esté pensando: "¿Qué pasa si uso una unidad diferente?" Esa es una buena pregunta. Si necesita control de velocidad para un motor de CC, un VFD no es la herramienta adecuada. En su lugar, querrá un controlador de motor de CC, que esté diseñado específicamente para ajustar el voltaje de CC para controlar la velocidad. Pero si trabaja con motores de CA, un VFD es la solución perfecta. Nuestro sitio web tiene una variedad de opciones para diferentes configuraciones, incluida la entrada monofásica VFD de 5 hp para fuentes de energía monofásicas más pequeñas o un variador de frecuencia trifásico para sistemas trifásicos industriales más grandes. Si solo tiene energía monofásica disponible para su motor trifásico, nuestro convertidor de frecuencia monofásico está diseñado para convertir una entrada monofásica en salida trifásica, de modo que no tenga que volver a cablear sus instalaciones para energía trifásica. Todas estas son soluciones para el control de motores de CA, adaptadas a diferentes necesidades de energía y tamaños de motores.
Otro error común que escucho de los clientes es que todos los dispositivos de control de motores son intercambiables. Eso no es cierto. Los VFD están especializados para motores de CA debido a la forma en que se controla la velocidad del motor de CA: para los motores de inducción de CA, la velocidad está determinada por el número de polos en el estator y la frecuencia de la fuente de alimentación. Al ajustar la frecuencia, puede ajustar la velocidad y ajustar el voltaje junto con la frecuencia (llamado control V/Hz) mantiene el campo magnético del motor equilibrado para que no se sobrecaliente. Un motor de CC no tiene ese diseño de estator: su campo magnético proviene de un imán permanente o de un devanado de campo separado, por lo que el control de velocidad funciona de manera completamente diferente. Intentar usar un VFD para un motor de CC es como usar una llave inglesa como destornillador: puede que encaje, pero no funcionará como se supone que debe hacerlo y probablemente dañará ambas herramientas.
Abordemos también lo que sucede si alguien intenta hacer esto de todos modos. En mis años como proveedor, he escuchado historias de clientes que prueban esto y terminan con motores fritos o unidades rotas. Por ejemplo, un pequeño taller mecánico intentó una vez conectar su VFD trifásico de 3 hp a un motor de CC para un transportador personalizado. Cuando lo encendieron, el motor emitió un fuerte zumbido, se sacudió violentamente y quemó su armadura en 10 minutos. El VFD también tuvo que ser enviado a reparación, ya que la señal de salida de CA confundió sus circuitos de control internos. Ese es un resultado común porque el VFD no está diseñado para regular la energía de CC a un motor de CC, y el motor de CC no está diseñado para manejar energía de CA. No vale la pena correr el riesgo, incluso si parece un atajo barato.
Entonces, ¿cuándo podrían funcionar juntos un VFD y un motor de CC? El único escenario que se me ocurre es si tiene un sistema híbrido en el que se utiliza un motor de CC como parte de una configuración de frenado regenerativo y el VFD maneja la retroalimentación de potencia. Incluso entonces, se trata de una aplicación altamente especializada, no de un caso de uso estándar. Los accionamientos regenerativos (un tipo de VFD avanzado) pueden capturar energía de un motor que actúa como generador (como cuando un transportador reduce la velocidad) y enviar esa energía de regreso a la red eléctrica. Pero eso es para motores de CA, no para motores de CC. Para un motor de CC en un sistema regenerativo, aún necesitaría un controlador específico de CC para manejar la retroalimentación de energía, no un VFD.
Si su objetivo es controlar la velocidad de un motor de CC, lo correcto es buscar un controlador de velocidad de motor de CC, no un VFD. Estos controladores están diseñados para ajustar el voltaje del inducido o la corriente de campo de los motores de CC, por lo que funcionan perfectamente con el diseño del motor. También tienen el tamaño correcto para el consumo de corriente de los motores de CC, que, como mencioné anteriormente, puede ser mucho mayor que el de un motor de CA del mismo caballo de fuerza. Por ejemplo, un motor de CC de 3 hp necesita un controlador con capacidad nominal de al menos 100 amperios si es de 24 V, mientras que un VFD de 3 hp solo tiene una capacidad nominal de alrededor de 7,5 amperios a 230 V. Intentar utilizar un VFD aquí sería reducir el tamaño del controlador por un margen enorme, lo que provocaría sobrecalentamiento y fallas.
Ahora, si trabaja con un motor de CA y se pregunta si un VFD de 3 hp es adecuado para usted, ahí es donde brillan nuestros productos. Nuestro VFD trifásico de 3 hp está diseñado para funcionar con una amplia gama de motores de CA trifásicos, desde 1/2 hp hasta 3 hp, según la eficiencia y la aplicación del motor. Admite control V/Hz y control vectorial, lo que le brinda un control de velocidad más preciso y un par mayor a bajas velocidades, perfecto para aplicaciones como transportadores pequeños, máquinas herramienta y equipos agrícolas. También ofrecemos otros VFD para satisfacer diferentes necesidades: si tiene un motor de 5 hp, nuestra entrada monofásica VFD de 5 hp le permite usarlo con energía monofásica, lo cual es común en muchos entornos comerciales sin conexiones trifásicas. Para cargas más grandes, nuestra línea de variador de frecuencia trifásico incluye modelos con potencias nominales más altas, para que pueda encontrar la opción adecuada para su equipo.
Terminemos con esto. La conclusión clave es que un VFD trifásico de 3 hp no se puede usar con un motor de CC estándar. Sus diseños internos están diseñados para diferentes tipos de energía y funciones del motor, e intentar emparejarlos provocará un rendimiento deficiente, posibles daños al equipo y riesgos de seguridad. Si necesita control de velocidad para un motor de CC, opte por un controlador de motor de CC especialmente diseñado. Si está trabajando con un motor de CA y busca un VFD, nuestra línea de convertidores de frecuencia y VFD, incluido el VFD trifásico de 3 hp, el VFD de entrada monofásico de 5 hp y el convertidor de frecuencia monofásico para configuraciones de menor potencia, están diseñados para satisfacer las necesidades industriales de manera confiable.
Si tiene preguntas sobre el VFD adecuado para su motor de CA, necesita ayuda para dimensionar un variador o desea obtener más información sobre nuestros productos, no dude en comunicarse con nosotros. Estamos aquí para ayudarle a encontrar la solución adecuada para su equipo industrial, sin importar la aplicación.
Referencias
- Control de motores eléctricos: principios y aplicaciones, McGraw-Hill, 2019
- Diseño y funcionamiento de variadores de frecuencia, IEEE Press, 2021
- Manual de control de motores industriales, Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (NEMA), 2020