¿Qué es un VFD y para qué se utiliza?

Funcionamiento básico

El principio fundamental de un VFD es convertir la corriente alterna en corriente continua mediante un rectificador, y luego reconstruirla como corriente alterna a la frecuencia deseada mediante un inversor. Esto permite controlar de manera precisa:

• Velocidad del motor: Ajustando la frecuencia de salida, el motor puede girar más rápido o más lento según la necesidad del proceso.
  
• Par o torque: Permite mantener la fuerza de giro constante incluso cuando la velocidad varía.
  

Beneficios de usar un VFD

• Ahorro energético: Controlar la velocidad según la demanda reduce el consumo de energía, especialmente en bombas y ventiladores.
  
• Mayor vida útil de los equipos: Arranques y paradas suaves disminuyen el desgaste mecánico.
  
• Flexibilidad en procesos industriales: Se puede adaptar la velocidad del motor sin cambios mecánicos.
  
• Reducción de picos de corriente: Evita sobrecargas eléctricas al arrancar el motor.
  

Aplicaciones comunes

• Sistemas de bombeo de agua y líquidos industriales.
  
• Ventiladores y sistemas de climatización (HVAC).
  
• Transportadores y cintas de producción.
  
• Maquinaria industrial que requiere velocidad variable.
  

Consideraciones al implementar un VFD

• Potencia del motor y tipo de carga.
  
• Tensión de alimentación y compatibilidad con el sistema de control.
  
• Calidad de la energía eléctrica y protección contra sobrecargas o cortocircuitos.
  

SPWM y su relación con los VFD

El SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation o Modulación por Ancho de Pulso Sinusoidal) es una técnica utilizada en los VFDs para generar corriente alterna de salida eficiente y precisa.

¿Cómo funciona?

1. Señal de referencia sinusoidal: Representa la corriente alterna que se desea obtener.
   
2. Comparación con una señal triangular: Se genera la modulación por ancho de pulso.
   
3. Generación de pulsos: Cada vez que la onda sinusoidal es mayor que la triangular, el inversor activa el pulso.
   
4. Resultado final: Los pulsos filtrados por el motor se comportan como una onda sinusoidal real.
   

Beneficios del SPWM

• Forma de onda suave: Reduce vibraciones y ruido en el motor.
  
• Eficiencia energética: Control más preciso de velocidad y torque.
  
• Mayor vida útil del motor: Evita sobrecalentamiento y estrés mecánico.
  

Armónicos y SPWM en VFDs

Aunque el SPWM genera una onda casi sinusoidal, los pulsos introducen armónicos, que son frecuencias adicionales a la fundamental (50 o 60 Hz).

Implicaciones para el motor y el sistema

• Calentamiento extra del motor debido a pérdidas adicionales en cobre y hierro.
  
• Vibraciones y ruido por armónicos de alta frecuencia.
  
• Problemas en cableado y transformadores: pueden inducir corrientes no deseadas y afectar otros equipos.
  
• Distorsión de la corriente: afecta medidores, protecciones y eficiencia general.
  

Armónicos críticos y medidas de mitigación

El tercer armónico: el “enemigo silencioso”

• Se suma en el neutro de sistemas trifásicos, provocando corrientes circulantes y sobrecalentamiento de transformadores.
  
• Genera vibraciones, ruido y problemas en equipos sensibles.
  

Medidas para reducir armónicos

• Filtros activos o pasivos: LC o activos para suavizar la onda.
  
• Bancos de capacitores: Ayudan a compensar factor de potencia y filtrar armónicos. Deben dimensionarse correctamente para no amplificar el 3er armónico.
  
• Aumentar frecuencia de conmutación del VFD: Pulsos más rápidos reducen la amplitud de los armónicos.
  
• Selección de motores y cableado adecuado: Motores diseñados para VFD y cables cortos/apantallados.
  

Riesgos para toda la instalación eléctrica

Los armónicos no solo afectan al motor:

• Transformadores: Sobrecalentamiento y pérdidas adicionales que reducen su vida útil.
  
• Equipos electrónicos y de cómputo: Reinicios, fallos intermitentes y degradación de componentes.
  
• Cables y protecciones: Mayor corriente RMS, sobrecalentamiento, alteración de interruptores y medidores.
  

Conclusión

Los VFDs con SPWM permiten un control preciso de velocidad y torque, pero los armónicos, especialmente el tercer armónico, pueden causar serios problemas si no se consideran medidas de mitigación. La ingeniería adecuada de instalación, filtros y bancos de capacitores es esencial para proteger motores, transformadores y equipos electrónicos. Te enseño a configurar uno