Un variador de frecuencia es un sistema para el control de la velocidad rotacional de un motor de corriente alterna (AC) por medio del control de la frecuencia de alimentación suministrada al motor. Un variador de frecuencia es un caso especial de un variador de velocidad. Los variadores de frecuencia son también conocidos como drivers de frecuencia ajustable (AFD), drivers, microdrivers o inversores. Dado que el voltaje es variado a la vez que la frecuencia, a veces son llamados drivers VVVF (variador de voltaje variador de frecuencia).
Los dispositivos variadores de frecuencia operan bajo el principio de que la velocidad síncrona de un motor de corriente alterna (CA) está determinada por la frecuencia de CA suministrada y el número de polos en el estátor, de acuerdo con la relación: rpm=(120f)/p
Las características del motor CA requieren la variación proporcional del voltaje cada vez que la frecuencia es variada. Por ejemplo, si un motor está diseñado para trabajar a 460 voltios a 60 Hz, el voltaje aplicado debe reducirse a 230 volts cuando la frecuencia es reducida a 30 Hz. Así la relación voltios/hertzios deben ser regulados en un valor constante (460/60 = 7.67 V/Hz en este caso). Para un funcionamiento óptimo, otros ajustes de voltaje son necesarios, pero nominalmente la constante es V/Hz es la regla general. El método más novedoso y extendido en nuevas aplicaciones es el control de voltaje por PWM
El controlador de dispositivo de variación de frecuencia está formado por dispositivos de conversión electrónicos de estado sólido. El diseño habitual primero convierte la energía de entrada CA en CC usando un puente rectificador. La energía intermedia CC es convertida en una señal quasi-senoidal de CA usando un circuito inversor conmutado. El rectificador es usualmente un puente trifásico de diodos, pero también se usan rectificadores controlados. Debido a que la energía es convertida en continua, muchas unidades aceptan entradas tanto monofásicas como trifásicas (actuando como un convertidor de fase, un variador de velocidad).
Aplicación variador de frecuencia para controlar la velocidad del motor.
Los variadores de frecuencia actuales son completamente programables o ajustables a las condiciones que se requieran, ya que no unicamente se puede variar la velocidadad de operación, sino que también se puede ajustar el tiempo (rampa) en que el motor llega a esa velocidad, al igual que el tiempo de parada. Las funciones de programación son bastante extensas como para enumerarlas aquí, generalmente el variador no viene programado y hay que introducirle los datos básicos del motor, entre ellos: potencia (HP o Kw), voltaje del motor, amperaje del motor a plena carga, velociad nominal del motor, frecuencia del motor, número de polos, factor de potencia y eficiecia del motor, etc. y definirle los tiempos de rampa de arranque y de parada, además de la forma en que va a operar el torque.
Además al ser digital, en pantalla podemos ver el voltaje de alimentación, la corriente y potencia que esta demandando en ese instante, la frecuencia y/o velocidad que tiene en ese momento, etc.
Con los variadores de frecuencia se puede gobernar la velocidad de un motor hasta el doble de su frecuencia nominal, recuerdese que al aplicar la frecuencia nominal (60 Hz) el motor girara a su velocidad nominal, según sea la aplicación respecto a esta velocidad hay que tener precauciones si se esta sobrepasando la velocidad nominal al igual que si el motor esta girando con pocas revoluciones, ya que esto tiene implicaciones respecto a la carga que este acoplada al eje del motor o del reductor y si la velocidad es lenta tener precaución con la ventilación, ya que el ventildor que viene incorporado al eje del motor girará tambien a esa velocidad.
No todos los motores pueden operar con un variador de frecuencia, los motores que pueden operar con un variador de frecuencia son los que tiene un aislamiento clase "F" o que tenga una temperatura mayor que éste. Esto es debido al calor que se genera en la bobinas al variarse la frecuencia del motor. Si no se tiene este cuidado facilmente se podria quemar un motor con aislamiento clase "B" por ejemplo. (los motores antiguos se fabricaban con esa clase de asilamiento, generalemente el tipo de aislamiento se encuentra en la placa de datos del motor).
Arrancadores Suaves (Soft Starter)
El Arrancador Suave es un arrancador de estado sólido, es decir que complamente electrónico, por lo que el tiempo de arranque se puede programar, es decir que podemos programar en cuantos segundos se desea que el motor llegue a su velocidad nominal desde su estado de reposo.
El arrancador puede ser análogo o completamente digital respecto a su forma de ajsutes o seting ( si es análogo el ajuste es por medio de potenciómentros y si es digital el ajuste es por medio de teclas y una pantalla.
Arrancador suave Análogo
Arrancador suave Digital
El Arrancador Suave es una alternativa de menor costo frente a un Variador de Velocidad.
El arrancador suave electrónico es una forma más de poner en marcha, mediante reducción de tensión aplicada, un motor de corriente alterna asincrónico trifásico. O sea, es similar a una resistencia o reactancia en serie (por fase). La corriente en el arrancador es igual a la corriente de salida (motor). Esta situación lo ubica en desventajas respecto a los arrancadores mediante transformador, en cuanto a demanda de corriente a la red. Pues el transformador reportará una corriente inferior en el bobinado primario y la corriente del motor en el bobinado secundario.
El arrancador suave emplea elementos de estado sólido para realizar el control de la tensión de salida.
Control de la tensión de salida al motor por medio de elementos semiconductores (tirisotres o rectificadores controlados de sílicio SCR)