Un variador de frecuencia es un dispositivo que permitirá energizar y operar un motor eléctrico de manera eficiente y otorgando la posibilidad de variar su velocidad o potencia en caso de ser necesario.
Normalmente es una parte fundamental de cualquier sistema en el que se requiera variar el comportamiento de un motor eléctrico en función de alguna variable, como lo puede ser la presión, la carga, la temperatura, etc. Cabe desatacar que este tipo de equipos generalmente poseen bastantes funciones y entradas que permiten ejecutar funciones de control en los procesos.
Pero, ¿Cómo funcionan estos dispositivos? ¿Hay algunas diferencias entre el funcionamiento de los variadores normales respecto a los variadores de frecuencia solar? Para contestar estas preguntas debemos iniciar desde los fundamentos de algunos circuitos electrónicos importantes.
Los fundamentos
La velocidad de un motor está dada por la siguiente fórmula:
Esto significa que la velocidad mecánica (n) solo es posible variarla si la frecuencia (f) cambia, ya que el número de polos del motor (P) no puede modificarse ni ser un número fraccionario. Podemos concluir entonces que, al aumentar la frecuencia de la señal de alimentación, se aumenta la velocidad y viceversa.
Electrónicamente hablando, un variador de frecuencia posee varios circuitos, como los que se muestran en el diagrama.
Figura 1 – Partes de un variador de frecuencia
Algo que se nota en el diagrama anterior es el hecho de que la entrada de alimentación del variador de frecuencia es en tres fases. Sin embargo, si se trata de un variador de frecuencia solar, podemos omitir la parte del circuito rectificador, por lo que ahora el diagrama se modifica para quedar de la siguiente forma:
Figura 2 – Partes de un variador de frecuencia solar
Funcionamiento
La corriente directa ingresada en el variador pasa por un filtro condensador (2) que lo que hace es mantener la señal de corriente directa lo más estable posible. Esto se hace ya que la energía entregada por un arreglo fotovoltaico puede variar demasiado en función de las condiciones climatológicas del momento.
Figura 3 – El condensador estabiliza las señales variables de CD a la entrada del variador de frecuencia
Posterior a esta etapa, la corriente directa otorgada por el condensador pasará por un inversor, cuya función principal es convertir la señal de corriente directa en una señal de corriente alterna, generalmente trifásica.
El voltaje de salida de un variador de frecuencia no es meramente sinusoidal como la mayoría de las fuentes de CA. El voltaje que alimenta al motor consiste en un número de pulsos de onda cuadrada (Figura 4)
Figura 4 Formación de señal de voltaje con frecuencia y amplitud variable
El valor promedio de los pulsos forma una señal de voltaje sinusoidal de la frecuencia y amplitud deseada. Este principio de operación en el inversor es conocido como control PWM (Modulación de ancho de pulsos por sus siglas en inglés) y es el método más estandarizado para que los variadores de frecuencia trabajen.
Al igual que con los controladores de carga para sistemas autónomos, un variador de frecuencia solar, puede poseer el algoritmo MPPT, el cual siempre trata de obtener la máxima potencia del arreglo fotovoltaico, modificando su resistencia interna.
En cuanto a los circuitos de control, la frecuencia está en función de dos posibles parámetros principales: la corriente de entrada del motor (5), y una posible señal externa que puede ser analógica o digital (8) (Figura 5).
Figura 5 – De izquierda a derecha, los sensores de presión, caudal y nivel son algunos de los más utilizados en sistemas de bombeo, con la finalidad de agregar funciones de automatización y control al sistema de bombeo.
Disponibilidad de variadores de frecuencia en el marcado.
Actualmente, para un sistema de bombeo fotovoltaico, se cuentan con diversas opciones que permiten operar de manera correcta el sistema en general. Básicamente los criterios de selección dependen de la potencia del equipo de bombeo, y los parámetros de operación del arreglo fotovoltaico, el cual a su vez también depende de las especificaciones del equipo de bombeo.
Para la selección de variadores de frecuencia solar, es de vital importancia considerar 5 variables principales, los cuales se muestran en la figura 6.
Figura 6 – Cinco variables principales respecto a la selección y dimensionamiento de un variador de frecuencia solar.
Como se pudo observar, el variador de frecuencia es una de las partes más características e importantes en un sistema de bombeo con aplicación fotovoltaica, pues a pesar de no ser la fuente de alimentación principal, es un componente que permite que el equipo de bombeo de CA opere de manera correcta.
Recordemos que, a grandes rasgos, un variador de frecuencia solar permite:
- Eficientar la potencia entregada por el arreglo fotovoltaico.
- Automatizar el sistema de bombeo.
- Monitorear algunos parámetros mecánicos de operación.
- Permite que el instalador configure y modifique la forma en como el sistema operará.
- Ofrece algunas protecciones básicas al equipo de bombeo.
Ahora que sabes exactamente cómo y para qué sirve un variador de frecuencia, puedes adentrarte un poco más a los sistemas de bombeo. Si quieres aprender mas acerca de estos sistemas ¡te invitamos a que te capacites con CCEEA, los líderes del sector en Latinoamérica!
