VARIADOR - Técnica 87Hz

En ocasiones, es necesario que un motor trabaje por encima de su frecuencia nominal (normalmente 50Hz).
Se suele pensar que con poner un variador y aumentar la frecuencia de salida es suficiente, pero hacerlo tiene sus limitaciones... Pues, hasta los 50Hz, la relación tensión/frecuencia (V/f) es constante. Pero, por encima de los 50hz, solo puede aumentar la frecuencia (no la tensión).

Como consecuencia, por encima de la frecuencia nominal, disminuye el flujo magnético en el motor.
Este debilitamiento de campo implica una reducción del par entregado por el motor.
Véase el gráfico adjunto...

El caso es que, desde años atrás, los bobinados del motor se protegen con mayor aislamiento. La idea es que permitan picos de tensión (provocados por los IGBTs de salida del variador), y esto ha dado pie a que se presenten nuevas formas de conexión de los motores para aumentar su potencia.

Aquí es donde aparece esta solución alternativa, la técnica de 87Hz...
Permite aumentar la velocidad de un motor estándar hasta 87Hz (104Hz en motor de 60Hz), sin debilitamiento de campo (par constante hasta 87Hz) y consiguiendo una potencia 1.7 veces superior...

En este artículo se detallará como implementar esta técnica tan comunmente utilizada, resolviendo todas las dudas que pueda generar. 

¿EN QUÉ CONSISTE?

Para poder aplicar esta técnica, se requiere que los equipos utilizados cumplan con los siguientes requisitos:

- Motor: 

    Que admita conexión triángulo y estrella (230VΔ / 400VΥ). 

    Vamos a conectarlo en triángulo (230V). 
    Véase adjunta la imagen de la caja de bornes del motor. 

    

- Variador: 

    Escoger un modelo de 400V.
    Que sea de una talla de potencia superior, mínimo 1.7 veces, a la del motor (kW). 

Entonces, al conectar el motor en triángulo y alimentarlo a 400V, el variador puede generar la siguiente curva tensión/frecuencia: 

Aquí se puede ver como, aplicando la técnica de 87Hz, la relación V/f es constante hasta 87Hz.

¿EJEMPLO?

Imaginemos que partimos de un motor con la siguiente placa de características: 

En este caso ya se contemplan las especificaciones con la técnica de 87Hz, pero no siempre es así.

Las características básicas del motor a 50Hz son:
Δ (230V)    0.18kW / 1.00A
Y (400V)    0.18kW / 0.58A

Ahora bien, realizando una conexión a 87Hz:
Δ (400V)    0.33kW / 1.00A
Véase que, con respecto a una conexión estrella a 400V, la frecuencia, intensidad y potencia nominales se multiplican por un factor de 1.7 aprox. Esta relación de √3 es la que guardan las dos tensiones (230/400V). 

Entonces, para poder aplicar la técnica de 87Hz se requiere de un variador de 400V con una potencia nominal de 0.33kW y una corriente de salida de 1A (o superiores) .

¿CONFIGURACIÓN VARIADOR?

Al utiliza la técnica de 87Hz, es necesario que el variador elegido esté bien parametrizado para asegurar un funcionamiento acorde con los requerimientos expuestos.
A continuación, se detallan los aspectos a considerar para la puesta en marcha:

1) Parametrizar los datos de motor a 230V (triángulo). Es decir, los parámetros referentes a la placa de características del motor. 

2) Realizar autotuning para la medición automática de las constantes internas del motor. 

3) Modificar los parámetros de tensión nominal (400V) y frecuencia base (87Hz).

¿PRECAUCIONES?

Cuando se implementa la técnica de 87Hz el motor opera por encima de sus características nominales... 
Entonces, para el dimensionamiento de los equipos, se deben tener presentes las siguientes consideraciones:

- Al superar la frecuencia nominal del motor, aumentan las pérdidas en el hierro de forma proporcional, por lo que es recomendable reducir el nivel de sobrecarga del motor.

- Es importante asegurarse de que el motor tenga un buen aislamiento térmico. De no ser así, los incrementos de tensión podrían dañarlo.

- Por lo que respecta al variador, se debe escoger un modelo que pueda dar una frecuencia de salida de 87Hz. 

- Solo se recomienda aplicar esta técnica con motores de potencias hasta 45kW. 

- Siempre se debe hacer caso a las recomendaciones del fabricante. Y, en caso de duda, consultar con un especialista.