Motores y movimiento
Cómo seleccionar un variador de frecuencia para un motor trifásico
Elegir un variador de frecuencia no consiste únicamente en hacer coincidir los kilovatios indicados en dos catálogos. La red disponible, la corriente nominal del motor, el par requerido, el ciclo de trabajo, la sobrecarga, el entorno, el frenado, el cableado y la compatibilidad electromagnética pueden cambiar por completo la selección.
Respuesta técnica
La corriente de salida admisible del variador debe cubrir la corriente del motor en las condiciones reales de servicio. Después se comprueban la tensión y las fases de entrada, la tensión de salida, el tipo de carga, la capacidad de sobrecarga, el método de control, el rango de velocidad, el grado de protección, la temperatura, la altitud, el frenado y las comunicaciones. La potencia en kW es una referencia inicial. La placa del motor y la documentación del fabricante del variador son los datos decisivos.
Los datos que deben reunirse primero
Antes de consultar modelos conviene preparar una ficha mínima:
Sin esta información, dos aplicaciones con el mismo motor pueden necesitar variadores distintos.
| Grupo | Datos necesarios |
|---|---|
| Red | Tensión, frecuencia, número de fases, sistema de tierra y corriente de cortocircuito prevista |
| Motor | Tensión, corriente, potencia, frecuencia, velocidad, factor de potencia, eficiencia y conexión estrella/triángulo |
| Carga | Par variable o constante, picos de par, inercia, aceleración, deceleración y sentido de giro |
| Servicio | Horas de funcionamiento, arranques, velocidad mínima, sobrecargas y necesidad de frenado |
| Instalación | Temperatura, altitud, humedad, polvo, vibración, ventilación y montaje en cuadro o local |
| Integración | Entradas y salidas, encoder, seguridad, protocolo de red, filtros y longitud del cable de motor |
Comprobar la alimentación y la placa del motor
El primer filtro es eléctrico. Un variador debe ser compatible con la tensión y la frecuencia de la red. Algunos modelos aceptan entrada monofásica y entregan salida trifásica, pero no crean una tensión superior a la disponible salvo que su diseño lo permita expresamente.
La tensión de salida debe ser compatible con el bobinado y la conexión del motor. Por ejemplo, un motor con doble tensión puede requerir una conexión concreta en bornes. Esa decisión no debe deducirse únicamente de la potencia: se verifica en la placa y en la documentación del motor.
También se comprueba si la instalación utiliza un sistema TN, TT o IT. Los filtros EMC y componentes conectados a tierra no son necesariamente compatibles con cualquier red. El manual del variador debe indicar las configuraciones admitidas.
Dimensionar por corriente, no solo por potencia
Los kW facilitan una preselección, pero la corriente nominal del motor debe compararse con la corriente de salida continua del variador. La comparación debe hacerse para la tensión, frecuencia de conmutación y condiciones ambientales previstas.
Un mismo valor de potencia puede corresponder a motores con corrientes diferentes. Además, la capacidad del variador puede reducirse por:
El fabricante publica tablas de reducción de capacidad. Si la corriente útil resultante no cubre el servicio, se selecciona otro tamaño o se revisa la instalación.
- Temperatura ambiente elevada.
- Altitud superior a la especificada sin reducción.
- Frecuencia de conmutación alta.
- Montaje compacto con ventilación insuficiente.
- Ciertas opciones, filtros o configuraciones.
- Alimentación monofásica de un equipo que también admite entrada trifásica.
Par variable y par constante
Una bomba centrífuga o un ventilador suele presentar par variable: al reducir la velocidad, el par resistente disminuye de forma importante. Un transportador, una extrusora o un elevador puede exigir par aproximadamente constante durante un rango amplio.
Esta diferencia afecta a la corriente, la sobrecarga y el tipo de variador. Algunos catálogos ofrecen dos potencias para un mismo equipo: una de carga ligera o par variable y otra de servicio pesado o par constante. Debe utilizarse la clasificación que corresponda a la máquina, no la cifra mayor de la portada.
Las cargas con golpes, atascos o aceleraciones rápidas pueden requerir una capacidad de sobrecarga elevada. Deben definirse magnitud, duración y repetición del pico; decir simplemente “necesita mucho par” no permite dimensionar.
Método de control
El control escalar V/f puede ser suficiente para bombas, ventiladores y aplicaciones sencillas. El control vectorial ofrece mejor regulación de par y velocidad, especialmente a baja velocidad. Algunas aplicaciones necesitan realimentación mediante encoder; otras trabajan correctamente sin sensor.
La selección depende de preguntas concretas:
Un variador generalista no sustituye automáticamente a un servoaccionamiento cuando el proceso requiere control preciso de posición y dinámica elevada.
- ¿Debe mantener velocidad ante cambios bruscos de carga?
- ¿Necesita par elevado a pocas revoluciones?
- ¿La máquina requiere posicionamiento o sincronismo?
- ¿El motor es asíncrono, síncrono de imanes permanentes u otra tecnología?
- ¿Existe un encoder compatible y cómo se cableará?
Velocidad mínima y refrigeración del motor
Reducir la frecuencia también reduce la velocidad del ventilador incorporado en muchos motores autoventilados. Aunque el variador pueda producir par, el motor puede calentarse si trabaja mucho tiempo a baja velocidad y alta carga.
Las soluciones posibles —según el motor y la aplicación— incluyen limitar el par continuo, instalar ventilación forzada, usar un motor preparado para variador o seleccionar otra relación mecánica. Una protección térmica basada únicamente en corriente puede no reflejar la temperatura real; los sensores del motor ofrecen información adicional cuando el proceso lo exige.
El funcionamiento por encima de la frecuencia nominal también requiere comprobar el límite mecánico, la pérdida de par disponible, los rodamientos y la máquina accionada.
Aceleración, deceleración y frenado
Durante la aceleración, el variador debe entregar el par necesario para acelerar la inercia además de vencer la carga. Una rampa demasiado corta puede provocar sobrecorriente.
Durante la deceleración, la carga puede devolver energía al bus de continua. Si esa energía no puede disiparse, aparece una alarma de sobretensión. Según el ciclo, pueden utilizarse una rampa más larga, frenado por corriente continua, una resistencia con unidad de frenado o una solución regenerativa.
La resistencia no se selecciona solo por ohmios. Deben respetarse el valor mínimo permitido por el variador, la energía por ciclo, la potencia media, la ventilación y la protección térmica.
Protección y maniobra
El variador no elimina la necesidad de diseñar la protección de entrada y los conductores. Fusibles o interruptores deben ajustarse a las combinaciones y capacidades indicadas por el fabricante, incluyendo el poder de corte requerido.
No debe instalarse o maniobrarse un contactor entre el variador y el motor sin comprobar el procedimiento admitido. Abrir la salida durante el funcionamiento puede provocar fallos o daños. Cuando se necesita aislar el motor, la secuencia debe garantizar que el variador deja de conmutar antes de abrir y que no se rearma de manera peligrosa.
La función STO —Safe Torque Off— puede impedir la generación de par cuando está integrada y aplicada correctamente, pero no desconecta la alimentación ni sustituye por sí sola todas las funciones de seguridad o aislamiento.
Cable de motor y compatibilidad electromagnética
La salida PWM contiene componentes de alta frecuencia. El tipo de cable, su pantalla, la conexión de 360 grados, la puesta a tierra, la separación respecto a señales y la longitud influyen en emisiones, corrientes de fuga y tensión en el motor.
Los manuales establecen longitudes máximas para determinadas categorías EMC y frecuencias de conmutación. Aumentar la longitud o la sección cambia la capacitancia del cable. En casos exigentes pueden ser necesarios reactancias, filtros dV/dt o filtros sinusoidales.
La pantalla no debe terminarse con un hilo largo si se busca una conexión eficaz a alta frecuencia. Se mantiene la continuidad de la pantalla y una equipotencialidad adecuada entre variador, cuadro y motor.
Comunicaciones, E/S y puesta en marcha
Conviene definir desde el principio cómo recibirá órdenes y consignas:
En la puesta en marcha se introducen los datos reales de placa, se identifica el motor si el fabricante lo requiere y se prueban sentido, límites, rampas, protecciones y reacción ante fallos. Debe conservarse una copia documentada de los parámetros.
- Entradas digitales para marcha, sentido y selección de velocidades.
- Entrada analógica de 0–10 V o 4–20 mA.
- Salidas de estado o relé de fallo.
- Red industrial para mando, diagnóstico y parámetros.
- Entradas seguras o STO cuando corresponda.
Ejemplo conceptual: transportador
Un transportador con motor trifásico trabaja a velocidad variable y arranca con producto sobre la cinta. La carga es de par aproximadamente constante y presenta un pico durante el arranque. El proceso necesita inversión ocasional y parada controlada.
La preselección por kW no basta. Se compara la corriente de placa con la corriente continua del variador en servicio pesado y su capacidad de sobrecarga. Después se comprueban la energía de frenado, el rango de velocidad, la refrigeración del motor, las entradas de seguridad, la red de control, el grado de protección y la longitud del cable.
El resultado puede ser un tamaño mayor que el sugerido únicamente por la potencia, o bien una modificación de las rampas y del sistema mecánico.
Errores frecuentes
- Elegir exclusivamente por los kW del motor.
- Confundir la corriente de entrada del variador con su corriente de salida.
- Usar la clasificación de par variable en una carga de par constante.
- Ignorar las reducciones por temperatura, altitud o conmutación.
- Pretender obtener una tensión de motor incompatible con la red.
- Trabajar lentamente sin estudiar la refrigeración del motor.
- Instalar cables largos sin comprobar límites y filtros.
- Conectar pantallas mediante conductores largos en lugar de terminaciones adecuadas.
- Maniobrar la salida con un contactor sin secuencia autorizada.
- Suponer que STO equivale a aislamiento eléctrico.
- Copiar parámetros de otro equipo sin verificar la placa.
Preguntas frecuentes
¿Puedo usar un variador de mayor potencia?
Puede ser apropiado si la corriente de salida, la tensión, el tipo de motor y la aplicación son compatibles. Un tamaño mayor no corrige una configuración errónea: comprueba las corrientes mínima y máxima admitidas, la protección térmica y los parámetros de placa indicados por el fabricante.
¿Un variador convierte siempre monofásica en trifásica?
No. Solo determinados modelos aceptan entrada monofásica y entregan salida trifásica. Hay que comprobar la tensión de entrada, la tensión y corriente de salida y la reducción de capacidad aplicable; la salida no debe suponerse compatible con cualquier conexión del motor.
¿Puedo conectar varios motores a un único variador?
Algunos fabricantes admiten aplicaciones multimotor con condiciones específicas. Deben verificarse la suma de corrientes, las protecciones individuales, las longitudes de cable, el método de control y que los motores trabajen con una consigna común. No conectes ni desconectes motores con el variador conmutando salvo procedimiento autorizado.
¿Hace falta una resistencia de frenado?
Solo cuando la carga y el tiempo de deceleración devuelven energía que el variador no puede gestionar por sí mismo. Comprueba que el equipo admita frenado resistivo y dimensiona resistencia, energía por ciclo, potencia media y protección térmica según su manual.
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Referencias técnicas
- ABB: variadores ACS580ejemplos de aplicación de par variable y constante, integración y puesta en marcha.
- Danfoss: VLT HVAC Drive Design Guidelongitud y apantallado del cable, corriente de fuga, filtros y frecuencia de conmutación.
- IEC 61800-5-1:2022requisitos de seguridad para sistemas de accionamiento eléctrico de velocidad ajustable.