Los motores a menudo requieren grandes cantidades de energía cuando se aceleran rápidamente a la velocidad máxima. Los arrancadores suaves y los variadores de frecuencia se pueden usar para reducir las corrientes de entrada y limitar el par de torque, lo que protege su valioso equipo y extiende la vida útil de su motor al reducir el calentamiento del motor causado por arranques y paradas frecuentes.
La elección entre un arrancador suave y un variador de frecuencia a menudo depende de la aplicación, de los requisitos del sistema y del costo (tanto para el arranque inicial como durante el ciclo de vida del sistema).
Un variador de frecuencia (variable frequency drive, VFD) es un dispositivo de control del motor que protege y controla la velocidad de un motor de inducción de CA.
Un VFD puede controlar la velocidad del motor durante el ciclo de arranque y parada, así como durante todo el ciclo de funcionamiento.
Los VFD también se denominan variadores de frecuencia ajustables (AFD).
Un arrancador suave es un dispositivo de estado sólido que protege los motores eléctricos de CA de daños causados por afluencias repentinas de energía al limitar la gran corriente de entrada inicial de la corriente asociada con el arranque del motor.
Proporcionan una rampa suave hasta la velocidad máxima y se utilizan solo en el arranque (y parada, si lo tiene). Aumentar el voltaje inicial al motor produce este arranque gradual.
Los arrancadores suaves también se conocen como arrancadores suaves de voltaje reducido (reduced voltage soft starters, RVSS).
Los VFD se utilizan en aplicaciones donde sucede lo siguiente:
Los arrancadores suaves se utilizan en aplicaciones donde sucede lo siguiente:
Los VFD convierten la alimentación de entrada en una fuente de voltaje y frecuencia ajustable para controlar la velocidad de los motores de inducción de CA. La frecuencia de la energía aplicada a un motor de CA determina la velocidad del motor en función de la siguiente ecuación:
N = 120*F/P
N = velocidad (rpm)
f = frecuencia (Hz)
p = cantidad de polos del motor
Por ejemplo, un motor de cuatro polos funciona a 60 Hz. Estos valores se pueden insertar en la fórmula para calcular la velocidad:
N = 120 x 60 x 4
N = 1800 (rpm)
Los arrancadores suaves eléctricos reducen temporalmente la entrada de voltaje o corriente al reducir el par de torque. Algunos arrancadores suaves pueden usar dispositivos de estado sólido para ayudar a controlar el flujo de la corriente. Pueden controlar de una a tres fases, con un control trifásico que generalmente produce mejores resultados.
La mayoría de los arrancadores suaves utilizan una serie de tiristores o rectificadores controlados con silicio (silicon controlled rectifiers, SCR) para reducir el voltaje. En el estado normal OFF, los SCR restringen la corriente, pero en el estado normal ON, los SCR permiten la corriente. Los SCR se activan durante el aumento de rampa y los contactores de bypass se activan después de alcanzar la velocidad máxima. Esto ayuda a reducir significativamente el calentamiento del motor.
Los VFD ofrecen el mayor ahorro de energía para ventiladores y bombas. El método de flujo ajustable cambia la curva de flujo y reduce drásticamente los requisitos de energía.
El equipo centrífugo (ventiladores, bombas y compresores) sigue un conjunto general de leyes de afinidad de velocidad. Las leyes de afinidad definen la relación entre la velocidad y un conjunto de variables:
Según las leyes de afinidad, el flujo cambia linealmente con la velocidad, mientras que la presión es proporcional al cuadrado de velocidad. La energía requerida es proporcional al cubo de la velocidad. Esto último es lo más importante porque, si la velocidad del motor disminuye, la potencia disminuye por el cubo.
Los arrancadores suaves suelen ser la opción más económica para aplicaciones que requieren control de velocidad y par de torque solo durante el arranque del motor. Además, a menudo son la solución ideal para aplicaciones donde el espacio es una preocupación, ya que generalmente ocupan menos espacio que los variadores de frecuencia.
La elección de un arrancador suave o un variador de frecuencia a menudo depende de su aplicación. Los arrancadores suaves son más pequeños y menos costosos en comparación con los VFD en aplicaciones de mayor potencia. Los VFD más grandes ocupan más espacio y generalmente son más costosos que los arrancadores suaves.
Dicho esto, si bien un VFD a menudo es más costoso al principio, puede proporcionar ahorros de energía de hasta un 50 %, lo que produce más ahorros de costos durante la vida útil del equipo.
El control de velocidad es otra ventaja de un VFD, porque ofrece un tiempo de aceleración constante durante todo el ciclo de funcionamiento del motor, no solo durante el arranque. Los VFD también pueden proporcionar una funcionalidad más robusta que la que ofrecen los arrancadores suaves, incluida la información de diagnóstico digital.
Es importante tener en cuenta que un VFD inicialmente puede costar de dos a tres veces más que un arrancador suave. Por lo tanto, si no se necesita aceleración constante y control de par, y su aplicación requiere limitación de corriente solo durante el arranque, un arrancador suave puede ser una mejor solución desde el punto de vista de los costos.
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