Cuando se agrega un variador de frecuencia (VFD) a un sistema existente, pueden surgir muchos problemas potenciales.

Enfriamiento reducido a velocidad reducida

La mayoría de los motores que circulan por la línea dependen de un ventilador interno impulsado por un eje para su enfriamiento. Cuando el motor se opera con un VFD, la velocidad del eje del motor (velocidad del motor) disminuye y provocará una disminución del enfriamiento del ventilador impulsado por el eje. Si la carga es una carga de par variable estándar, como un ventilador o una bomba (la carga en el motor disminuye exponencialmente con la velocidad), es posible que no se necesite enfriamiento adicional.

Sin embargo, si el motor existente está instalado en una aplicación que tiene un par constante (como un inversor del compresoror inversor de bomba de agua , molino o extrusora), la misma carga permanecerá en el motor a medida que se reduzca la velocidad y el motor se sobrecalentará. Para este tipo de aplicación, agregar un ventilador externo (o ventilador auxiliar) proporciona suficiente enfriamiento para que el motor funcione por debajo de la velocidad nominal. Este ventilador adicional asegura que se mueva suficiente aire sobre los devanados para mantenerlos frescos cuando el ventilador interno es insuficiente.

Si el motor tiene sensores de temperatura incorporados en sus devanados, como detectores de temperatura de resistencia, estos pueden usarse para monitorear la temperatura y asegurarse de que el VFD y el funcionamiento a velocidad reducida no estén causando daños en el aislamiento del motor.

Voltaje del motor

Los voltajes de salida están disponibles para que los VFD coincidan con casi cualquier voltaje de motor existente. Sin embargo, muy pocos VFD, si es que hay alguno, tienen una salida directa de 13,800 voltios para motores de muy alto voltaje. Para estos casos, a menudo es necesario utilizar un transformador elevador en la salida del VFD para igualar el voltaje del motor. Este transformador representará aproximadamente un 1 por ciento más de pérdida en el sistema VFD, y esto debe evaluarse durante la etapa de análisis para determinar la rentabilidad.

Frecuencia del motor

Las frecuencias de salida de los VFD pueden coincidir con cualquier frecuencia motorizada. Desde el VFD de CA trifásico controla la velocidad y frecuencia del motor, esto puede permitir que un motor clasificado para un sistema de potencia, 60 hertz (Hz), por ejemplo, sea operado de manera efectiva y a plena potencia en un sistema de potencia de 50 Hz.

Velocidad del motor

Los cojinetes del motor pueden depender de la velocidad para la lubricación. Los cojinetes antifricción son adecuados para el funcionamiento a velocidad variable, pero es posible que los cojinetes de manguito necesiten atención especial para asegurarse de que se lubricarán correctamente ya que el motor funciona a velocidades más bajas. Esto probablemente sería más crítico para operaciones de muy baja velocidad, como avance lento, posicionamiento, calentamiento o descenso por inercia.

Se sabe que los motores de inducción de alta velocidad (aquellos con dos polos magnéticos que están diseñados para funcionar a 3600 rpm a 60 Hz) tienen una resonancia crítica del eje en el rango de 2200 a 2800 rpm. Para los motores que funcionan a velocidad constante a lo largo de la línea, esta resonancia no es importante porque el motor nunca funciona allí. Sin embargo, dado que un VFD puede controlar un motor a cualquier velocidad dentro de su rango de velocidad permitida, se debe tener cuidado para evitar hacer funcionar el motor a una velocidad cercana a su resonancia. La mayoría de los VFD MV tienen la capacidad de "saltar" o no funcionar en ciertas frecuencias para evitar estas áreas de resonancia.

Consideraciones adicionales para motores síncronos: excitador de campo

Para que los motores síncronos existentes funcionen con un VFD, el motor síncrono debe tener su campo de corriente continua (CC) disponible a velocidad cero para desarrollar el par de arranque y aceleración.

Dos tipos de diseños de excitadores de campo de motor síncrono son adecuados para arrancar y operar en un VFD: anillos colectores de CC o un excitador de tipo sin escobillas de corriente alterna (CA).

Estos diseños pueden energizar el campo en reposo, durante la aceleración y mientras está en funcionamiento. Un tipo de motor síncrono que usa un excitador de tipo DC sin escobillas no puede desarrollar un campo a velocidad cero porque el generador del excitador debe girar a una velocidad alta para desarrollar la corriente de campo.

Control del factor de potencia

Se puede usar un motor síncrono para brindar beneficios de potencia reactiva al sistema de energía. Sin embargo, si este motor se opera con un VFD, la línea de energía de la red pública ve el nivel de potencia reactiva establecido por el convertidor entrante del variador, no el motor. Por lo tanto, si el motor síncrono se utiliza para la corrección del factor de potencia en la planta, esta no será una aplicación adecuada para alimentar este motor desde un VFD.

Aspectos positivos de los motores impulsados ​​por VFD

El uso de VFD proporciona muchas mejoras en la producción, el uso de energía y el mantenimiento.

Producción

Dado que un motor con arranque por VFD no tiene límite en la cantidad de arranques permitidos por hora, si algo en el proceso detiene el motor, se puede reiniciar inmediatamente. Para un motor de arranque en línea, los operadores deben esperar a que los relés de protección determinen si es seguro reiniciar el motor grande afectado o se corre el riesgo de dañar el motor. Si se opera con un VFD, la salida se puede variar para adaptarse a las necesidades del proceso posterior.

Energía

Si el proceso requiere operación a menos del 100 por ciento de salida (flujo o velocidad), la diferencia de energía entre los puntos máximo y de funcionamiento brinda la oportunidad de ahorrar energía. Un sistema de VFD típico funciona con una eficiencia total total de aproximadamente el 97 por ciento. Para aquellos momentos en los que el proceso requiere operación al 100 por ciento de salida, la sincronización con la línea proporciona una conexión directa del motor a la red eléctrica, lo que ahorra el 3 por ciento de pérdidas que representa el VFD. Durante el tiempo en que el motor está sincronizado, el VFD se deja en modo de espera para permitir que el motor sea capturado y conectado sin problemas al VFD.

Mantenimiento

El arranque sincronizado reduce la tensión del motor y puede extender la vida útil del motor y reducir el mantenimiento. Operar el proceso industrial a menos de la velocidad máxima usando un VFD disminuye el desgaste mecánico de los componentes impulsados. Esto es particularmente obvio en aplicaciones que utilizan transportadores y trituradoras. Esto, por supuesto, depende de que las necesidades de producción en el momento se satisfagan a una velocidad reducida.

Conclusión

Este artículo presenta las preocupaciones potenciales de aplicar un VFD a un motor existente y sugiere formas de mitigarlas. Es extremadamente importante trabajar en estrecha colaboración con su proveedor de VFD en estos escenarios para garantizar que el motor se pueda convertir para operar en un VFD y que no se pasen por alto los problemas.