¿Cuál es la mejor práctica o estrategia para reemplazar un motor asíncrono de accionamiento de velocidad variable mecánico con un motor asíncrono normal y un inversor de frecuencia?

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Con cualquier aplicación de variador de frecuencia, los parámetros críticos son TORQUE: ¿cuál es el torque en el peor de los casos? – y VELOCIDAD.

Su aplicación es de 0.55kW en un lapso de 50-300RPM. Suponiendo que su unidad de velocidad variable mecánica sea una transmisión de correa variable o una unidad de disco, es una unidad de multiplicación de par donde la potencia de salida disponible es constante a medida que cambia la velocidad. 0.55kW a 300RPM es 17.5 Nm, mientras que el mismo 0.55kW a 50RPM es 105N-m.

Entonces se pone peor. Un motor de CA trifásico es capaz de producir mucho más torque en el arranque del que puede producir continuamente. Exactamente cuánto más depende del diseño del motor, pero en general, 150-250% del par de carga completa está disponible al inicio. No tener esto en cuenta da como resultado muchos sistemas de motor / inversor mal aplicados porque ese par no está disponible en un inversor a menos que el inversor esté dimensionado para suministrar mucha más corriente.

La pregunta entonces se convierte en “¿cuál es la peor condición?” Es decir, ¿dónde necesita más torque al operar su máquina? Digamos que su equipo es un mezclador industrial, y estipula que DEBE iniciarse con el accionamiento mecánico de velocidad variable en su configuración más lenta cuando se carga con materiales o no se iniciará. La peor condición de par entonces sería (suponiendo un par de arranque disponible del 200%) 2 x 105 Nm, o 210 Nm. Para dimensionar adecuadamente una combinación de VFD / motor, su sistema DEBE poder producir 210 Nm.

Por lo general, una unidad VFD de servicio industrial está clasificada para emitir una cierta cantidad de corriente continuamente, y el 150% de esa clasificación durante 60 segundos. Un variador diseñado para aplicaciones de bomba y ventilador solo puede tener una sobrecarga del 110% durante 60 segundos. Cuando se opera un motor en un VFD, la corriente de salida es (para todos los efectos) equivalente al par.

Entonces, ¿qué tamaño de motor necesitamos para producir 210 Nm al inicio? Si 210 Nm es el 150% de la capacidad de carga completa del motor, el par motor a plena carga sería 140 Nm. Supongamos que vamos a utilizar un motor de cuatro polos de 50Hz con una velocidad nominal de 1475 RPM. Ciento cuarenta Nm a 1475 RPM significa 21.6kW. La clasificación estándar más cercana es 22kW.

¿Esperar lo? ¿El sistema antiguo usa un motor de 0.55kW y el nuevo requiere un motor de 22kW ? Bienvenido al maravilloso mundo de la multiplicación mecánica de torque. Recuerde, su velocidad máxima es de 300 RPM. No desea operar un motor de inducción a corriente de carga completa en un rango máximo de 50-300 RPM si puede evitarlo. No solo quieres un motor, quieres un motor con una caja de cambios. Como una combinación de motor / caja de cambios con una velocidad de salida nominal de 300 RPM y un par de salida continua nominal de 140 Nm. Inserte esos números en las ecuaciones y la calificación del motor cae a 4.4kW. La clasificación estándar más cercana es 5.0kW. Sí, el motor es casi 10 veces el tamaño del original, pero eso es lo que se requiere para garantizar que el sistema arranque en las peores condiciones posibles.

¡Pero espera! ¡Hay más!

Una vez que se inicia el sistema, el par requerido para funcionar se cae drásticamente, ya que el sistema actual con el motor de 0.55kW puede hacer girar el eje de salida a 300 RPM sin producir más de 17.5 Nm de par. Una ventaja de los variadores de frecuencia es que puede operar el motor a más de la frecuencia de la placa de identificación, siempre y cuando el motor sea mecánicamente capaz de manejar la condición de sobrevelocidad y el motor no consuma más que la corriente de carga completa de la placa de identificación.

¿Qué tal un motor con una caja de cambios de 140 Nm a 200 RPM? Ahora el tamaño del motor cae a 2.9kW, y el motor estándar más cercano es 3.0kW. Si fuera yo, ese es el tamaño que seleccionaría. Para obtener 50-300 RPM del sistema, el VFD funcionaría entre 12.5Hz y 75Hz. Sin embargo, a 75 Hz, la combinación de motor / caja de cambios sería capaz de proporcionar 95 Nm. En otras palabras, el motor estaría muy ligeramente cargado. Todavía no es lo que yo consideraría ideal, pero me estoy acercando. Juegue con las relaciones de transmisión, posiblemente la velocidad del motor a plena carga, y se puede encontrar una solución óptima.

Ahora, ¿qué pasa si la aplicación es una cinta transportadora? Un transportador es una aplicación de par constante. Es decir, requiere la misma cantidad de par, independientemente de la velocidad, con la singular excepción de, una vez más, comenzar. Sin embargo, supongamos que en esta aplicación, el transportador puede arrancarse con el accionamiento mecánico de velocidad variable en su configuración de velocidad más alta, por lo que ahora el peor par es de 2 x 17.5 Nm, o 35 Nm. Nuevamente, la velocidad máxima del eje es de 300 RPM y la velocidad mínima del eje es de 50 RPM, por lo que se necesita una reducción de engranajes para mantener el nuevo motor funcionando en algún lugar razonablemente cerca de la velocidad de la placa de identificación. Una vez más, supongamos un motor de cuatro polos con una clasificación de placa de identificación de 1450 RPM a 50Hz. 1450/300 ofrece una reducción de 4.83: 1, por lo que se puede configurar una caja de cambios, correas trapezoidales y poleas o una transmisión por cadena para obtener una reducción de 5: 1 (y multiplicación de 5x par). Con un requisito de par de arranque de 35 Nm en el transportador, dividimos por 5 para obtener el requisito de par de arranque en el eje del motor: 7 Nm. Siete Newton-metros representan el 150% de la capacidad de carga completa del motor, por lo que 7 / 1.5 = 4.67 Nm con una potencia de 1450 RPM, o 0.71kW. La clasificación estándar más cercana es 0.75kW. Por lo tanto, se requiere un motor de 0,75 kW, una reducción de engranajes de 5: 1 y un inversor de 0,75 kW.

Por lo tanto, tenemos dos aplicaciones para su variador de velocidad mecánico de 0,55 kW, y los reemplazos del inversor / motor son muy diferentes.

La aplicación lo es todo, porque la aplicación define los requisitos de torque en el peor de los casos. He estado haciendo esto para vivir durante más de 25 años, y he reemplazado MUCHOS sistemas de accionamiento mal aplicados donde el peor par no se consideró correctamente. Espero que esto ayude.