Variador de freqüència: clau per a la flexibilitat i l’eficiència en motors elèctrics

En molts sectors industrials, l’ús de motors elèctrics és la base de processos diversos: bombes, cintes transportadores, ventilació o sistemes de producció automatitzats. No obstant això, aquestes aplicacions sovint requereixen una regulació precisa de la velocitat i el parell motor, fet que posa de manifest la importància dels variadors de freqüència. També coneguts com a VFD (Variable Frequency Drive), o directament “Drive”, aquests dispositius permeten controlar la velocitat de gir del motor i optimitzar-ne l’eficiència energètica, tot evitant l’estrès mecànic que sovint acompanya les arrencades i aturades brusques.
 
A continuació, explorarem com funciona un variador de freqüència, quins avantatges aporta a la indústria i de quina manera es poden personalitzar els motors per treure’n el màxim rendiment, incloent l’opció de realitzar acabats específics en els motors elèctrics per a ser utilitzats amb variadors de freqüència.
 
 
 
1. Què és un variador de freqüència i com funciona?
 
Un variador de freqüència és un equip electrònic que modifica la freqüència i la tensió de la xarxa elèctrica subministrada a un motor. Això es fa mitjançant un procés en dues fases:
 
  1. Conversió de CA a CC: primerament, el corrent altern que prové de la xarxa es rectifica i es converteix en corrent continu.
  2. Inversió de CC a CA: posteriorment, un mòdul inversor genera de nou un corrent altern, però a la freqüència i tensió desitjades segons les ordres de control que es programin al variador.
D’aquesta manera, es pot variar la velocitat del motor entre un mínim i un màxim preestablerts, aconseguint un ajust dinàmic de la velocitat de rotació i un estalvi energètic significatiu en aplicacions on no sempre cal operar a plena potència. Aquesta forma de funcionament de conversió del corrent fa que moltes vegades també se’ls anomeni com a “Inverter”.
 
 
 
2. Avantatges principals dels variadors de freqüència
 
  • Eficiència energètica: quan el procés no requereix que el motor giri a la seva velocitat nominal, el variador de freqüència permet reduir la velocitat i, conseqüentment, el consum elèctric. Això és especialment rellevant en bombes o ventiladors, on segons la llei de quadratura, la potència consumida es redueix dràsticament si es baixa la velocitat de rotació.
  • Arrencades i aturades suaus: un dels inconvenients de l’arrencada directa a xarxa és l’elevat pic de corrent i el cop mecànic que rep la instal·lació. Amb un VFD, s’aconsegueix una arrencada progressiva que minimitza l’estrès en eixos, rodaments o corretges de transmissió, allargant la vida útil del conjunt.
  • Control de procés més precís: ajustant la freqüència (i, per tant, la velocitat), es pot adequar el cabal d’una bomba, la velocitat d’una cinta transportadora o la intensitat d’un ventilador a les necessitats reals de cada instant. Això optimitza el procés i pot millorar la qualitat del producte final.
  • Funcions de protecció i monitorització: molts variadors inclouen alarmes i proteccions integrades (sobreintensitat, sobretemperatura, etc.), així com la possibilitat de monitoritzar consums o altres paràmetres en temps real. Això ofereix un control més gran del procés productiu i facilita la implementació de manteniment predictiu.
  • Reducció en costos de manteniment: un motor connectat a un VFD gira més a poc a poc quan es redueix la seva velocitat, i això implica un menor desgast dels seus components mòbils, principalment els coixinets.
  • Reducció de la contaminació acústica: un motor que gira a velocitat reduïda, redueix exponencialment la seva emissió sonora, degut principalment al fregament de components, el moviment de l’aire del ventilador, i les vibracions del conjunt.
 
 
3. Personalització de motors per a ús amb variador de freqüència
 
Tot i que molts motors estàndard poden funcionar amb un VFD, existeixen aplicacions on el motor necessita acabats específics o característiques addicionals per rendir de manera òptima. Alguns aspectes que es poden personalitzar són:
 
  • Tipus de bobinatge: el disseny del bobinatge pot influir en la capacitat del motor per treballar a velocitats molt baixes o molt altes, sense sobreescalfar-se.
  • Sistema d’aïllament i esmorteïment de vibracions: quan la velocitat varia constantment, hi pot haver vibracions addicionals que cal controlar.
  • Materials de carcassa i protecció: aplicacions en entorns humits o amb alta temperatura poden exigir un recobriment o acabat especial per protegir el motor de la corrosió i l’escalfament excessiu.
  • Coixinets especials: la variació de les ones necessàries per la variació de velocitat, poden malmetre les bandes de rodament dels coixinets. Per aquest motiu, sempre tenint en compte les especificacions del fabricant, es recomanaria la utilització de coixinets aïllats, ceràmics, o amb escut.
La idea és que el motor s’adapti perfectament a les exigències del variador de freqüència, evitant problemes com ressonàncies mecàniques, sobreintensitats o un desgast prematur.
 
 
 
4. Com seleccionar un VFD i un motor adequat
 
Cal tenir en compte diversos factors a l’hora de seleccionar el conjunt de motor i variador:
 
  1. Potència requerida: determinar la potència mínima i màxima del procés per dimensionar correctament tant el motor com el variador.
  2. Rang de velocitats: definir les velocitats de treball i el parell necessari en cada punt de funcionament.
  3. Condicions ambientals: humitat, pols, temperatura o atmosferes explosives són variables que influeixen en el disseny del motor i en la protecció del variador.
  4. Tipus de càrrega: no és el mateix una càrrega constant (com una cinta transportadora) que una càrrega variable (com una bomba o un ventilador). Cada aplicació demana una configuració diferent de parell i velocitat.
 
 
5. Conclusió

Els variadors de freqüència han esdevingut una eina indispensable en la indústria moderna. No només proporcionen un major control sobre la velocitat dels motors elèctrics, sinó que també contribueixen a l’eficiència energètica i a la longevitat dels equips. Quan el motor es dissenya i s’acaba específicament per treballar de manera òptima amb un variador, s’aconsegueix una operació més suau, un menor manteniment i una reducció dels costos d’explotació. Aquest compromís entre tecnologia, personalització i coneixement del procés productiu és el que realment marca la diferència en entorns industrials competitius i exigents.