Autor:
Kumar V. Mahtani Mahtani
Profesor Ayudante Doctor en el Departamento de Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial, Universidad Politécnica de Madrid.
Un variador de frecuencia (VFD, por sus siglas en inglés) es un dispositivo esencial en la electrónica de potencia, utilizado para controlar la velocidad de los motores eléctricos al ajustar la frecuencia de la corriente que se les suministra. Además de su función básica, los variadores de frecuencia pueden operar en diferentes modos dependiendo de la aplicación específica. En este artículo, exploraremos tres modos de operación de los variadores de frecuencia: modo generador, modo convertidor de red y modo marino o aislado, basándonos en manuales de aplicación para proporcionar una visión clara de su funcionamiento y beneficios.
Modo generador: producción de energía
El modo generador de un variador de frecuencia está diseñado para aplicaciones de generación eléctrica. Este modo es comúnmente utilizado en sistemas de generación de energía eólicos o hidroeléctricos, donde el generador convierte la energía mecánica en energía eléctrica.
En este modo, el variador de frecuencia actúa como un convertidor de energía, permitiendo que la energía generada por el motor sea inyectada a la red eléctrica o almacenada para su uso posterior. El manual VACON ARFIFF30 describe cómo un variador de frecuencia operando en modo generador regula la frecuencia y la tensión de salida, asegurando que la electricidad generada sea compatible con las necesidades de la red eléctrica.
El modo generador ofrece varios beneficios clave. Permite la recuperación de energía en sistemas donde el motor actúa como generador, lo que optimiza la eficiencia energética al aprovechar la energía mecánica para inyectarla nuevamente a la red. Este modo es especialmente importante en aplicaciones de energía renovable, como en las turbinas eólicas, donde el generador convierte el movimiento mecánico en electricidad, contribuyendo así a la producción de energía limpia y sostenible.
Modo convertidor de red: integración con la red eléctrica
El modo convertidor de red permite que el variador de frecuencia funcione como un puente de conexión entre un sistema de generación de energía (como una planta de energía renovable) y la red eléctrica. Este modo es especialmente relevante cuando se requiere controlar y adaptar la energía generada para que sea compatible con las normas de calidad de la red, como las especificaciones de frecuencia, tensión y factor de potencia.
En el manual VACON ARFIF106 se detalla cómo el variador de frecuencia, en este modo, actúa como un convertidor bidireccional, gestionando la potencia tanto en la entrada (de la red hacia el sistema) como en la salida (desde el sistema hacia la red). Este tipo de operación es crucial en la generación distribuida, donde las fuentes de energía renovables se conectan a la red eléctrica, garantizando que la energía inyectada cumpla con los códigos de red establecidos, que incluyen limitaciones de frecuencia, armónicos y fluctuaciones de tensión.
El modo convertidor de red ofrece importantes beneficios, entre los que destaca su capacidad para interconectar sistemas de energía renovable con la red pública de manera eficiente. Este modo asegura que la energía inyectada cumpla con los estrictos códigos de calidad de la red, garantizando una integración sin problemas. Además, es esencial en la gestión de energía distribuida, como en instalaciones solares o eólicas, que requieren sincronización con la red para garantizar un suministro estable y controlado.
Modo marino o aislado: operación autónoma
El modo marino o aislado es específico para aplicaciones donde el variador de frecuencia debe operar independientemente de la red eléctrica, como en plataformas marinas o barcos. En este modo, el variador de frecuencia no depende de una conexión externa a la red para operar y, por lo tanto, debe manejar de forma autónoma la generación de energía y el suministro de energía al sistema sin la necesidad de sincronización con la red.
Según el manual VACON APFIFF09, este modo es utilizado en aplicaciones donde las condiciones ambientales requieren una operación fiable y estable sin conexión constante a una red. En estos sistemas, el variador ajusta la frecuencia y la tensión de salida para que coincidan con las necesidades de los motores o sistemas de propulsión sin necesidad de intervención externa.
El modo marino o aislado ofrece varios beneficios clave. Permite que el sistema funcione de manera autónoma, lo cual es esencial en aplicaciones fuera de la red, como barcos y plataformas offshore. Este modo asegura la estabilidad y confiabilidad del suministro energético en lugares remotos o aislados, donde el acceso a fuentes de energía externas es limitado o inexistente. Además, facilita el control de la velocidad de los motores y sistemas, sin necesidad de depender de fuentes externas de energía, lo que lo convierte en una opción ideal para entornos autónomos.
En conclusión, los variadores de frecuencia son dispositivos esenciales en una amplia variedad de aplicaciones, desde la generación de energía hasta el control de motores en sistemas aislados. A través de sus diferentes modos de operación, como modo generador, modo convertidor de red y modo marino o aislado, los variadores de frecuencia ofrecen flexibilidad, eficiencia y control preciso sobre la energía eléctrica. Estos dispositivos, al ser configurables para distintas aplicaciones, son fundamentales para optimizar el rendimiento y la eficiencia energética en sectores tan diversos como la energía renovable, la industria marina, y la gestión de redes eléctricas. Sin duda, los variadores de frecuencia son una pieza clave en la electrónica de potencia moderna.
