Un VFD (Variable Frequency Drive) funciona variando la frecuencia y el voltaje de la corriente alterna (AC) suministrada a un motor, lo que permite controlar su velocidad y torque.
Esta es una gráfica del voltaje que entrega Comisión Federal de Electricidad, y se puede ver que hay 60 ciclos en un segundo.
El proceso de funcionamiento de un VFD se puede dividir en tres etapas principales:
Rectificación de la corriente alterna (AC a DC)
El VFD recibe la corriente alterna de la red eléctrica (normalmente trifásica) y la convierte en corriente continua (DC). Esto se hace a través de un rectificador que utiliza diodos o tiristores. En esta etapa, se obtiene una señal de corriente continua, pero con un rizado o pulso de la señal, que puede ser suavizado con el uso de condensadores.
imagen de rectificador trifásico
Así se ve la energía trifásica en la pantalla de un Osciloscopio (las tres fases).
Intermediación de la corriente continua (DC)
La señal de corriente continua resultante es procesada y regulada en el bus de corriente continua del VFD. Esta etapa puede incluir condensadores y otros componentes para suavizar y estabilizar la señal de corriente continua. La estabilización es clave para obtener una señal de salida de corriente alterna (AC) de calidad.
Esta es un voltaje rectificado (rizado) y suavizado por un condensador.
Este es un condensador o capacitor para suavizar el rizado
Inversión de la corriente continua (DC a AC):
Finalmente, la señal de corriente continua estabilizada pasa a través de un inversor que convierte la corriente continua nuevamente en corriente alterna, pero con una frecuencia y voltaje que puede ser ajustado según las necesidades de la aplicación. El inversor está compuesto por una serie de transistores (como IGBTs, transistores bipolares de puerta aislada) que se activan y desactivan en secuencias precisas, creando una forma de onda de corriente alterna con la frecuencia y voltaje deseados.
Este es un cubo de potencia que contiene 6 IGBTs
Este es el símbolo eléctrico de un cubo de potencia con 6 IGBTs.
Control de velocidad y torque
El VFD ajusta la frecuencia de la señal de salida, lo que directamente controla la velocidad de rotación del motor. Al disminuir la frecuencia, la velocidad del motor disminuye, y al aumentar la frecuencia, la velocidad del motor aumenta. Además, el VFD puede ajustar el voltaje de salida en relación con la frecuencia para mantener un torque adecuado en el motor.
Este es el símbolo eléctrico para toda la sección de potencia de un Variador de Frecuencia.
Ventajas del uso de un VFD:
-Ahorro de energía: Al reducir la velocidad del motor cuando no se requiere operar a plena capacidad, se ahorra energía.
– Mayor vida útil del equipo: Menor desgaste mecánico al evitar arranques y paradas bruscas.
– Control preciso: Permite un control preciso de la velocidad y el torque del motor, lo que es crucial en muchas aplicaciones industriales.
Esta es una imagen del sistema completo de un Variador de Frecuencia.
Los VFDs son fundamentales en muchas industrias para mejorar la eficiencia energética, el control de procesos y la durabilidad de los equipos.
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