Variador de frecuencia para niños
Un variador de frecuencia (también conocido como VFD, por sus siglas en inglés Variable Frequency Drive) es un sistema que permite controlar la velocidad de giro de un motor de corriente alterna (CA). Lo hace cambiando la frecuencia de la electricidad que llega al motor. Imagina que es como el acelerador de un coche, pero para motores eléctricos.
Los variadores de frecuencia son muy útiles porque permiten que los motores trabajen a la velocidad exacta que se necesita, lo que puede ahorrar energía y hacer que las máquinas funcionen mejor. A veces también se les llama "drivers de frecuencia ajustable" o "microdrivers". Como también ajustan el voltaje junto con la frecuencia, a veces se les conoce como drivers VVVF (variador de voltaje, variador de frecuencia).
Contenido
¿Cómo Funciona un Variador de Frecuencia?
Los variadores de frecuencia funcionan con una idea clave: la velocidad de un motor de corriente alterna depende de la frecuencia de la electricidad que recibe y de cuántos "polos" tiene el motor. Los polos son como imanes dentro del motor que ayudan a que gire.
La Velocidad del Motor y la Frecuencia
La relación entre la velocidad de un motor (medida en RPM) y la frecuencia de la electricidad es así: 
Donde:
- RPM = Revoluciones por minuto (qué tan rápido gira el motor).
- f = Frecuencia de la electricidad (medida en Hertz).
- p = Número de polos del motor.
Por ejemplo, si un motor tiene 4 polos y la electricidad es de 60 Hertz, un motor ideal podría girar a 1800 RPM. Si la frecuencia baja a 30 Hertz, la velocidad también bajará a la mitad. En algunos lugares, la electricidad funciona a 50 Hertz y en otros a 60 Hertz.
Los motores que usamos en la vida real, llamados motores asíncronos, giran un poquito más lento de lo que indica esta fórmula. Esto se debe a que el rotor (la parte que gira) necesita ir un poco más despacio que el campo magnético que lo empuja para poder seguir recibiendo ese "empujón".
Cómo se Cambia la Frecuencia
Para cambiar la frecuencia, el variador de frecuencia usa una técnica llamada "modulación por ancho de pulso" (PWM). Imagina que la electricidad se envía en pequeños "pulsos" o ráfagas. El variador cambia cuánto tiempo está "encendido" cada pulso y cuánto tiempo está "apagado" dentro de un período.
Al variar el tiempo que cada pulso está encendido, el variador puede cambiar el valor promedio de la electricidad que llega al motor. La velocidad con la que se hacen estos cambios es lo que determina la nueva frecuencia.
Esto se logra con unos componentes electrónicos muy rápidos llamados IGBT (transistores bipolares de compuerta aislada). Estos IGBT actúan como interruptores que se abren y cierran miles de veces por segundo, siguiendo las instrucciones de un programa especial. Así, logran transformar la electricidad en una señal que parece una onda suave, pero con la frecuencia deseada.
Partes de un Sistema de Variador de Frecuencia
Un sistema de variador de frecuencia generalmente tiene tres partes principales: un motor de CA, un controlador y una interfaz para que una persona lo opere.
El Motor del VFD
El motor que se usa con un variador de frecuencia suele ser un motor de inducción trifásico. Aunque se pueden usar algunos motores monofásicos, los motores trifásicos son los más comunes y eficientes para la mayoría de las aplicaciones. Los motores de inducción son una opción económica y funcionan muy bien con los variadores de frecuencia.
El Controlador del VFD
El controlador es el "cerebro" del variador de frecuencia. Está hecho de componentes electrónicos que transforman la electricidad. Primero, convierte la energía de corriente alterna (CA) que entra en corriente continua (CC) usando un "puente rectificador". Piensa en un rectificador como un dispositivo que solo deja pasar la electricidad en una dirección.
Después, esta energía de corriente continua se convierte de nuevo en una señal de corriente alterna, pero esta vez con la frecuencia y el voltaje deseados. Esto se hace con un circuito llamado "inversor", que usa los interruptores electrónicos (IGBTs) que mencionamos antes.
Es importante que el voltaje también cambie de forma proporcional a la frecuencia. Por ejemplo, si un motor está diseñado para funcionar a 460 voltios con 60 Hertz, cuando la frecuencia se reduce a 30 Hertz, el voltaje también debe reducirse a 230 voltios. Así, la relación entre voltios y Hertz se mantiene constante, lo que es clave para que el motor funcione correctamente. El método más moderno para controlar el voltaje es la Modulación por Ancho de Pulso (PWM).
Galería de imágenes
-
Pequeña unidad de variación de frecuencia
-
Diagrama de un sistema VFD
Véase también
En inglés: Variable-frequency drive Facts for Kids
- Distribución eléctrica
- Motores eléctricos
- electrónica general
