Un variador que no es compatible puede desconectarse sin previo aviso, sobrecalentar el motor o desgastar la correa demasiado pronto. Puede evitar estos problemas seleccionando cuidadosamente un VFD para un motor de transportador. Empiece por el tipo de carga. Después, lea la placa de características del motor. A continuación, dimensione el variador según los amperios a plena carga, no según la potencia en caballos. Por último, adapte la unidad al entorno de su planta. Cada decisión se basa en la anterior, desde el análisis de carga hasta las comprobaciones de puesta en marcha. Los años de experiencia de Canroon en aplicaciones de transportadores dan forma a los consejos prácticos de esta guía.

Conclusiones clave

• Determine primero el tipo de carga. La mayoría de los transportadores necesitan un variador de servicio pesado para par constante.

• Revise la placa de características del motor. Elija el variador según los amperios a plena carga, no según la potencia en caballos.

• Elijacontrol vectorial sin sensor para mantener estable la velocidad cuando cambie la carga.

• Planifique la instalación. Utilice la envolvente correcta y mantenga cortos los cables del motor.

• Considere los requisitos de seguridad y comunicación del variador. Después, adapte el variador a su sistema de control.

Identifique primero el tipo de carga del transportador

El tipo de carga es la primera decisión que debe tomar antes de elegir cualquier variador. El tipo de máquina y sus necesidades de par encabezan todalista de verificación para la selección de VFD. Solo podrá comprobar el rango de velocidad, el par de arranque, la capacidad de sobrecarga y las necesidades de refrigeración después de conocer el tipo de carga. Una elección incorrecta aquí provoca disparos molestos por sobrecorriente durante la puesta en marcha, y estos disparos suelen deberse al uso de ajustes de par variable en una carga de par constante.

Par constante frente a par variable

La mayoría de los transportadores son cargas de par constante. Necesitan el mismo porcentaje de par a baja y alta velocidad porque el mismo peso puede moverse a diferentes velocidades. Los ventiladores y las bombas funcionan de otra manera. Su demanda de par disminuye considerablemente a velocidades más bajas, siguiendo el cuadrado de la velocidad. Esta diferencia determina cada decisión posterior.

Una carga de par constante necesita una clasificación de sobrecarga para servicio pesado. Una carga de par variable solo necesita una clasificación de servicio normal. El uso de ajustes de par variable en una carga de par constante es una de las principales causas de fallos en la puesta en marcha.

Ciclo de trabajo y par de arranque

El par de arranque suele superar ampliamente el par de funcionamiento. Un transportador horizontal puede necesitar el 250% del par de funcionamiento para arrancar, por ejemplo, 550 N·m de par de arranque frente a 220 N·m en funcionamiento. Los rodamientos, las correas y los sellos normalmente necesitan de 1.5 a 3 veces el par de funcionamiento después de asentarse. El variador debe proporcionar ese pico sin dispararse.

El ciclo de trabajo influye en el dimensionamiento de la sobrecarga en la misma medida. Piense en un transportador de 5.5 kW con arranques frecuentes a plena carga. La FLA del motor es 11.5 A. Un factor de servicio de 1.15 eleva este valor a 13.2 A. Un requisito de par de arranque del 150% significa 150% durante 60 segundos, o un pico de 17.3 A. Debería elegir un variador para servicio pesado con capacidad de sobrecarga del 150%, o aumentar a un bastidor de 7.5 kW con clasificación de 17 a 18 A para disponer de margen de par. La elección final: un variador de servicio pesado de 7.5 kW, 17 A continuos y 150% de sobrecarga. Esto permite un arranque fiable a plena carga y deja margen para futuros aumentos de producción.

Las cargas de par constante, como los transportadores, exigen el mismo par independientemente de la velocidad, por lo que a bajas velocidades el motor sigue necesitando el par máximo y, por tanto, la corriente máxima. El VFD debe dimensionarse para suministrar esta corriente de forma continua. Muchas aplicaciones de par constante también requieren un alto par de arranque—a menudo al menos el 150% de la clasificación de par del motor para poner en movimiento el transportador—por lo que, en algunos casos, se selecciona un variador con una capacidad de sobrecarga mayor que la del motor.

Las clasificaciones de sobrecarga de los VFD son modelos de acumulación térmica, no simples curvas de tiempo-corriente. Controlan el calentamiento I²t en las uniones IGBT y los condensadores del bus de CC. Un variador sometido a eventos repetidos de sobrecarga del 140% durante 30 segundos cada uno, con una refrigeración deficiente entre eventos, se disparará por sobrecarga térmica aunque nunca supere su clasificación instantánea del 150%. El modelo térmico acumula calor más rápido de lo que el sistema de refrigeración puede disiparlo. El ciclo de trabajo—la frecuencia y duración de los eventos de sobrecarga, además de los intervalos de refrigeración—determina si una capacidad de sobrecarga determinada es sostenible. Los arranques y paradas frecuentes requieren factores de seguridad más altos, de 1.4 a 1.6, porque cada ciclo de aceleración añade calor.

Lea los datos de la placa de características del motor

La placa de características le indica todo lo necesario para comenzar aelegir su variador. Cada dato responde a una pregunta distinta, y omitir incluso uno puede causar problemas posteriormente.

Potencia en caballos, voltaje, fases y FLA

La potencia en caballos es el dato menos útil de la placa para elegir un variador. Indica lo que el motor puede hacer, no lo que el variador debe suministrar. Dos motores de 50 HP a 460V trifásicos pueden consumir 65A y 69A, según la eficiencia, el factor de potencia y el diseño. Dimensione según los amperios y, después, compruebe el rango de potencia en caballos.

La FLA guía la selección. Compare la FLA de su motor con la clasificación de amperaje de cada variador y, después, añada margen adicional para cargas de par constante y arranques exigentes. Un variador demasiado pequeño se dispara cada vez que se enciende. Utilice la potencia en caballos solo para limitar la búsqueda.

Adapte la entrada del VFD al motor y a la alimentación

Compruebe la alimentación eléctrica de su edificio antes de comprar. Las clasificaciones habituales de entrada del variador incluyen 200–240 VAC monofásicos y 380–480 VAC trifásicos. Un variador de 480V conectado a una alimentación de 208V no proporcionará la salida nominal, y un voltaje incorrecto puede dañar inmediatamente el variador.

Los motores de inducción de CA trifásicos son la opción habitual para los transportadores de fabricación. Si debe usar una entrada monofásica, un variador estándar puede funcionar conectando los dos cables activos y dejando un terminal sin usar, pero esto aplica corriente a dos fases y aumenta el riesgo de fallo de los diodos de entrada. Sobredimensionar el variador lo compensa. Mantenga iguales los voltajes del variador y del motor; si debe cambiar el voltaje, utilice un transformador en lugar de depender del VFD para un motor de transportador para compensar la diferencia.

Dimensione el VFD para un motor de transportador según la corriente

La corriente del motor determina la elección, no la potencia en caballos. Un variador seleccionado únicamente por potencia en caballos puede ser demasiado pequeño cuando el motor consume más amperios de los esperados. Haga coincidir siempre la corriente de salida continua del variador con los amperios a plena carga del motor al voltaje correcto.

Adapte el VFD para un motor de transportador a la FLA del motor

Encuentre la FLA de la placa de características antes de comprar nada. La clasificación de corriente continua del variador debe ser igual o superior a ese valor. Para aplicaciones de transportadores, añada margen de sobrecarga sobre la FLA base. Esta demanda adicional a menudo lleva la selección al siguiente tamaño de bastidor.

El factor de seguridad que utilice depende de cómo funcione el transportador. Use esta tabla como guía:

Un transportador que arranca y se detiene con frecuencia necesita el extremo superior de ese rango. Cada ciclo de aceleración añade calor a las uniones IGBT y a los condensadores del bus de CC del variador. El modelo térmico acumula este calor más rápido de lo que el sistema de refrigeración puede eliminarlo. Un variador sometido a eventos de sobrecarga repetidos se disparará por sobrecarga térmica incluso cuando nunca supere su clasificación instantánea.

Un variador subdimensionado causa daños reales. Se sobrecalienta, se dispara con frecuencia y puede fallar por completo. También desperdicia energía porque no puede satisfacer la demanda del motor.

Capacidad de sobrecarga y factores de reducción de potencia

Los transportadores necesitan un variador de servicio pesado con capacidad de sobrecarga del 150% durante 60 segundos. Esto cubre el par de arranque cuando la correa arranca bajo carga. Si su transportador necesita más del 150% de sobrecarga o más de 60 segundos, aumente un tamaño de bastidor.

Los factores de reducción de potencia disminuyen la corriente que puede suministrar un variador. Preste atención a estos cuatro elementos:

• Frecuencia de conmutación

• Temperatura ambiente

• Altitud de instalación

• Ventilación de la envolvente

La reducción de potencia por altitud sigue una regla clara. Comienza a los 1,000 metros de elevación, con una disminución del 1% por cada 100 metros por encima de ese punto. Un variador de 100 A al nivel del mar se convierte en un variador de 90 A a 2,000 metros. Los grandes sistemas de transportadores de la mina Collahuasi, en Chile, funcionan a cerca de 5,000 m sobre el nivel del mar, lo que demuestra que las aplicaciones de transportadores a gran altitud funcionan con una selección adecuada del variador.

Una mayor altitud reduce la presión y densidad del aire, lo que disminuye la capacidad de refrigeración. Los fabricantes establecen reglas de reducción de potencia para altitudes superiores a 1,000 m según las normas y los manuales de instalación.

Después de aplicar la reducción de potencia por temperatura, altitud, frecuencia portadora y condiciones de la envolvente, la corriente continua disponible debe seguir siendo igual o superior a la FLA del motor. Si la reducción de potencia disminuye los amperios disponibles por debajo de la FLA, aumente un tamaño de bastidor o reduzca la frecuencia portadora.

Los ingenieros de aplicaciones de Canroon pueden ayudarle adimensionar un VFD para un motor de transportador cuando los datos del motor o las condiciones de carga generen dudas. Su soporte de dimensionamiento elimina las conjeturas en trabajos exigentes.

Elija el método de control y la respuesta dinámica

El método de control determina qué tan bien mantiene su transportador la velocidad cuando cambia el peso del producto. Tiene dos opciones principales: V/Hz de lazo abierto y control vectorial. Cada una se adapta a diferentes exigencias de los transportadores.

Control vectorial de lazo abierto frente a lazo cerrado

El control V/Hz de lazo abierto mantiene una relación constante entre voltaje y frecuencia. Funciona para transportadores básicos de materiales donde una variación de velocidad de más o menos 2 a 3 por ciento no afecta el proceso. Sin embargo, el control V/Hz permite un deslizamiento de 50 a 100 RPM ante cambios de carga. Ese deslizamiento puede causar atascos de producto en los puntos de transferencia. V/Hz tampoco puede arrancar de manera fiable un transportador cargado o un elevador inclinado.

Elcontrol vectorial resuelve estos problemas. Proporciona una regulación de velocidad más precisa y mayor par de arranque. El control vectorial de lazo abierto produce el 100 por ciento del par nominal hasta aproximadamente 8 Hz. No necesita un codificador. El control vectorial de lazo cerrado añade un codificador para una regulación aún más precisa, pero la mayoría de los transportadores no necesitan ese nivel de precisión.

Vectorial sin sensor para velocidad constante del transportador

Un variador vectorial sin sensor estima la velocidad del motor a partir de la corriente y el voltaje. No necesita tacómetro. El variador ajusta la frecuencia de salida para mantener la velocidad objetivo. Programe 1800 rpm en el variador para un motor de 4 polos, y generará la frecuencia necesaria para mantener 1800 rpm en lugar de las 1780 rpm indicadas en la placa.

Los VFD modernos pueden usar software para calcular la velocidad del motor analizando la corriente del motor. Esta velocidad calculada se puede utilizar para controlar con bastante precisión la velocidad de la carga sin usar realimentación de tacómetro, aunque con cierto error de velocidad.

Esta respuesta es adecuada para aplicaciones dinámicas de transportadores. El VFD para un motor de transportador controla tanto la velocidad como el par. Cuando cambia la carga, el variador detecta el cambio de velocidad y suministra par correctivo para recuperar la velocidad.

Planifique la instalación y el entorno

El espacio alrededor del variador importa tanto como el propio variador. Los VFD convierten CA en CC y de nuevo en CA, y ese proceso genera calor. El sobrecalentamiento destruye la electrónica de potencia más rápido que cualquier otra causa. La mayoría de los variadores soportan temperaturas ambiente de hasta 40°C (104°F) sin reducción de potencia. Una ubicación más caliente obliga a sobredimensionar el variador o añadir ventilación forzada.

Envolvente, temperatura y contaminación

Elija una envolvente adecuada para el área de su planta. Una sala eléctrica limpia funciona bien con una clasificación básica IP20 o NEMA 1. Las zonas de transportadores con polvo necesitan protección NEMA 12 o IP54. Las zonas de lavado requieren NEMA 4X. Mantenga la humedad relativa por debajo del 95% sin condensación y añada calefactores al armario si el variador permanece inactivo en condiciones frías y húmedas.

Los VFD son máquinas de conversión de potencia, y el proceso de convertir CA en CC y de nuevo en CA genera mucho calor. Extraer ese calor del variador es probablemente el factor más crítico para su supervivencia. El sobrecalentamiento es la principal causa de fallo de la electrónica de potencia.

Montaje, longitud de cable y ubicación

Monte el variador verticalmente sobre una superficie rígida. Siga las especificaciones de separación del fabricante en la parte superior, inferior y laterales. Nunca bloquee las rejillas de ventilación. En un panel cerrado, instale ventiladores y filtros para introducir aire frío por la parte inferior y expulsar aire caliente por la parte superior. Las vibraciones excesivas aflojan las conexiones, por lo que los variadores de montaje en pared deben instalarse sobre superficies sólidas.

Los límites de longitud de los cables del motor son importantes debido a la reflexión de voltaje. Sin filtrado de salida, mantenga los tendidos de cable en un máximo de 200–300 pies. Añada un reactor de salida, un filtro dV/dt o un filtro de onda senoidal para ampliar los tendidos hasta 1,000 pies o más. Una ubicación adecuada y una buena planificación de cables evitan sobrecalentamientos y fallos molestos antes de que ocurran.

Gestione la integración, la seguridad y el soporte

El variador debe conectarse con su sistema de control y mantener seguros a sus trabajadores. Planifique estas conexiones antes de comprar.

E/S, circuitos de seguridad y cableado de parada de emergencia

Determine primero sus necesidades de E/S digitales y analógicas. Las entradas digitales gestionan las señales de arranque, parada y restablecimiento de fallos. Las entradas analógicas reciben referencias de velocidad de un PLC o potenciómetro. También necesita salidas digitales para el estado de funcionamiento y las alarmas de fallo.

Los circuitos de seguridad requieren la misma atención. Safe Torque Off (STO) permite cortar la alimentación al motor sin desconectar la alimentación principal. Los botones de parada de emergencia deben colocarse en puntos clave a lo largo de la trayectoria del transportador. Los contactores con clasificación de seguridad proporcionan una desconexión positiva. Las cortinas de luz y las alfombras de seguridad protegen a los operadores en sus zonas de trabajo con la línea. Las rampas de desaceleración controlada evitan que las cargas se desplacen durante las paradas. Los dispositivos de bloqueo/etiquetado protegen a los equipos de mantenimiento.

Protocolos de comunicación y planificación del mantenimiento

La red actual de su planta suele determinar el protocolo. Modbus es la opción más común entre los fabricantes de VFD. Funciona bien para sistemas simples y plantas antiguas. EtherNet/IP se adapta a entornos Rockwell. PROFINET es adecuado para plantas centradas en Siemens. Profibus DP sirve para instalaciones heredadas existentes de Siemens. EtherCAT gestiona la sincronización de alta velocidad para el control de movimiento.

Elija según lo que ya utiliza su planta, la velocidad de ciclo que necesita y la capacidad de su equipo para mantenerlo. Opte por protocolos basados en Ethernet si planea añadir paneles de control en la nube más adelante.

Planifique el soporte continuo antes de la instalación. Mantenga variadores de repuesto o piezas críticas disponibles. Asegúrese de que haya acceso de mantenimiento alrededor del armario. UnVFD para un motor de transportador bien integrado reduce el tiempo de inactividad y facilita la resolución de problemas.

Utilice una lista de verificación y evite errores comunes

Lista de verificación previa a la compra para la selección de VFD

Una lista de verificación escrita le ayuda a elegir el variador correcto. Revise cada paso antes de comprar.

• Compruebe la clasificación de servicio: el servicio pesado (par constante) es el más adecuado para la mayoría de los transportadores porque necesitan un alto par de arranque bajo carga.

• Compruebe la capacidad de sobrecarga: el servicio pesado normalmente proporciona un 150% de sobrecarga durante 60 segundos. Si el transportador arranca con carga, puede necesitar un variador uno o dos tamaños mayor.

• Planifique el frenado: necesita frenado regenerativo o dinámico cuando la carga puede hacer girar el motor, como en transportadores descendentes.

• Revise la configuración del bus de CC: varios variadores en transportadores largos suelen funcionar mejor con un bus de CC compartido.

• Elija la envolvente correcta: NEMA 12 o NEMA 4 con buena refrigeración soportan las áreas de transportadores con polvo. Aplique la reducción de potencia por temperatura y altitud al seleccionar.

• Asegúrese de que el motor sea compatible: utilice por defecto motores aptos para variador (NEMA MG1 Part 31). Compruebe la longitud del cable y el filtrado dV/dt.

• Dimensione según la corriente a plena carga (FLA) y las necesidades de sobrecarga de la aplicación, no solo según la potencia del motor en caballos.

Anote ahora su ciclo de trabajo y el entorno. Registre los arranques por hora, el tiempo de rampa, las necesidades de inversión, la temperatura donde se ubica el VFD, la altitud y la clasificación de la envolvente.

Errores comunes y cómo evitarlos

El mayor error de dimensionamiento es ignorar el par de arranque. Los valores en estado estable pueden parecer adecuados sobre el papel, pero el transportador se dispara por sobrecorriente cada vez que arranca con una carga completa. Calcule siempre el par necesario para poner toda la masa en movimiento desde una parada.

Otro error común es dimensionar solo según la potencia en caballos. Para cargas de par constante, como los transportadores, el VFD debe suministrar corriente a plena carga a cualquier velocidad. Una velocidad menor no reduce la demanda de corriente. Compare la clasificación de corriente del variador con la FLC del motor y, después, compare las necesidades de par de arranque con la capacidad de sobrecarga del VFD.

Omitir la reducción de potencia por temperatura y altitud también provoca disparos falsos. Un variador que funciona al nivel del mar puede no funcionar a mayores elevaciones o dentro de un armario caliente. Los ingenieros de aplicaciones de Canroon pueden revisar su lista de verificación y ayudarle a evitar estos errores al elegir un VFD para un motor de transportador.

Empiece por analizar el tipo de carga. La mayoría de los transportadores manejan una carga de par constante, por lo que necesitan un variador de servicio pesado. A continuación, revise la placa de características. Dimensione el variador usando la FLA, no la potencia en caballos. Elijacontrol vectorial sin sensor para mantener estable la velocidad cuando cambie la carga. Planifique la configuración con la envolvente y la longitud de cable adecuadas. Confirme sus necesidades de E/S, circuitos de seguridad y comunicación.

Estos pasos evitan que el motor se caliente demasiado. Reducen los disparos molestos. Hacen que su transportador sea más fiable y reducen el tiempo de inactividad. Si los datos del motor o las condiciones de carga no están claros, solicite ayuda a los ingenieros de aplicaciones de Canroon. Un VFD para un motor de transportador bien seleccionado le ofrece años de funcionamiento continuo y suave. Elegir el tamaño correcto es una inversión a largo plazo en su línea de transportadores.

Preguntas frecuentes

¿Puedo dimensionar un VFD según la potencia del motor en caballos en lugar de la FLA?

No. La potencia en caballos indica lo que puede hacer el motor, no lo que debe suministrarle el variador. Dos motores con la misma potencia en caballos pueden consumir diferentes amperios. Haga coincidir siempre la clasificación de corriente continua del variador con la FLA indicada en la placa del motor.

¿Cuánta capacidad de sobrecarga necesita un VFD para transportador?

La mayoría de los transportadores necesitan un variador de servicio pesado con capacidad de sobrecarga del 150% durante 60 segundos. Esto gestiona el par de arranque cuando la correa comienza a moverse con carga. Si su transportador necesita más que eso, aumente un tamaño de bastidor.

¿Necesito un codificador para mantener constante la velocidad del transportador?

Normalmente no. Unvariador vectorial sin sensor calcula la velocidad del motor a partir de la corriente y el voltaje, y mantiene la velocidad dentro del 1–3% del punto de ajuste. Esta precisión sirve para la mayoría de los transportadores. Añada un codificador solo cuando su proceso necesite un control más preciso.

¿Cómo afecta la altitud a la selección del VFD?

La reducción de potencia comienza a los 1,000 metros de elevación, con una disminución de corriente del 1% por cada 100 metros por encima de ese punto. Un variador de 100 A al nivel del mar se convierte en uno de 90 A a 2,000 metros. Aumente un tamaño de bastidor si los amperios reducidos quedan por debajo de la FLA del motor.

¿Cuál es la longitud máxima del cable del motor sin filtro?

Mantenga los tendidos de cable en un máximo de 200–300 pies cuando no haya filtrado de salida. Los tendidos más largos causan reflexión de voltaje que puede dañar el aislamiento del motor. Añada un reactor de salida, un filtro dV/dt o un filtro de onda senoidal para ampliar los tendidos hasta 1,000 pies o más.