Variador

3.
VARIADOR DE FRECUENCIA
En este apartado vamos hacer una descripción general de un variador de frecuencia, así como
sus posibles aplicaciones en distintos campos de la industria. Además, vamos a introducir el
variador de frecuencia Siemens GS120
3.1. ¿Qué es un variador de frecuencia?
Podemos definir un variador de frecuencia como un dispositivo electrónico capaz de

controlar completamente motores eléctricos de inducción por medio del control de la
frecuencia de alimentación suministrada. Cómo ya hablamos en el capítulo anterior, este
equipo se centra en el control de la velocidad del motor variando la frecuencia de la tensión
de alimentación. En las siguientes imágenes podemos ver varios modelos que se
comercializan actualmente.
Para comprender un poco mejor el funcionamiento de este equipo, vamos a describir los
bloques que lo componen así como sus topologías típicas.
3.2. Esquema de un variador de frecuencia:
El diagrama de bloques de un variador de frecuencia es:

3.2.1. Rectificador:
La función del rectificador es convertir la señal de voltaje de alimentación de CA a CD y

controlar el voltaje que llega al inversor. Los más usados son:
Vemos que cada tipo de rectificador tiene diferentes características y posibilidades a la

hora de usar el inversor posteriormente. En la actualidad el rectificador más usado es el
puente de diodos, aunque también podemos encontrar los rectificadores controlados en
algunos equipos más complejos. Entre el rectificador y el inversor se usa un bus de
continua, que no es más que un circuito LC, para almacenar y filtrar la señal rectificada y
así obtener un valor de tensión continua estable.
3.2.2. Inversor:
Transforma la tensión continua que recibe del bus de continua en otra tensión y frecuencia
variables usando pulsos. Vamos a describir los dos inversores mas usados.
Inversor de seis pasos: Para variar la frecuencia de la señal de alimentación al motor se

ajusta el tiempo de conducción de los SCR´s para cada uno de los seis pasos, modificando
el tiempo de ciclo.
Cuando se usan SCR’s en el inversor, se utilizan circuitos complejos de conmutación que

no se muestran en la figura y que incluye la lógica de disparo y componentes adicionales
de potencia para apagarlos. Esta complejidad se reduce cuando se utilizan IGBT’s
(Transistor Bipolar de Puerta Aislada) como interruptores de potencia, como es el caso del
siguiente inversor.
Inversor PWM: El inversor consiste de seis IGBT’s que se encienden y apagan en una
secuencia tal que producen un voltaje en forma de pulsos cuadrados que alimentan al
motor.
Para variar la frecuencia del motor, el número de pulsos y su ancho se ajustan resultando
en un tiempo de ciclo mayor para bajar la velocidad o tiempo de ciclo menor para subir la
velocidad. Para cada frecuencia específica hay un número óptimo de pulsos y anchos que
producen la menor distorsión armónica en la corriente que se aproxime a la señal
senoidal.
Además existe una etapa de control que es la encargada de activar o desactivar los IGBTs
para crear la señal de salida deseada. También tiene funciones de vigilancia de un correcto
funcionamiento y monitorización de tensiones, corriente... La frecuencia portadora de los
IGBT se encuentra entre 2 a 16 kHz. Una portadora con alta frecuencia reduce el ruido
acústico del motor pero disminuye el rendimiento. Por otra parte, los IGBT´s generan
mayor calor. Las señales de control para arranque, parada y variación de velocidad están
aisladas galvánicamente para evitar daños en sensores o controles y evitar ruidos en la
etapa de control.
3.3. Selección del variador optimo y recomendaciones:
Tenemos a nuestra disposición una gran cantidad de modelos de variadores y debemos

elegir el adecuado para cada proceso. Además de las características del motor, también
debemos de tener en cuenta ciertos factores externos a la hora de la selección. Esto es
importante para obtener el mejor rendimiento al realizar la tarea y no desaprovechar
recursos.
Por tanto, debemos considerar al menos los siguientes factores:
 Características del motor: Corriente y potencia nominal, rango de tensiones, factor de

potencia, velocidad máxima.
 Tipo de carga: Par constante, Par variable, Potencia constante.
 Par en el aranque: Asegurar que no supera lo permitido por el variador. A veces es
necesario sobredimensionar el variador por esta circunstancia.
 Frenado regenerativo: Cargas de gran inercia, ciclos rápidos y movimientos verticales
requieren de resistencia de frenado exterior.
 Condiciones ambientales: Temperatura ambiente, humedad, altura, tipo de gabinete y
ventilación.
 Aplicación multimotor: Prever protección térmica individual para cada motor. La suma
de las potencias de todos los motores será la nominal del variador.
Además es recomendable añadir un circuito adicional para usar correctamente el variador

y tener un buen nivel de protección. Ese circuito debe constar de al menos:
 Interruptor automático: Su elección está determinada por la corriente nominal del

variador si se tiene inductacia de línea, o por la corriente de línea si no se tiene. La
corriente de línea corresponde a la corriente absorbida por el variador a la potencia
nominal de utilización, en una red de impedancia que limite la corriente de
cortocircuito a:
o 12kA para una tensión de alimentación de 208 V - 50/60Hz.

o 22kA para una tensión de alimentación de 230 V - 50/60Hz.
o 22kA para una tensión de alimentación de 400 V - 50Hz.
o 65kA para una tensión de alimentación de 460 V - 60Hz.
 Contactor de línea: Este elemento garantiza un seccionamiento

automático del circuito en caso de una emergencia o en paradas por
fallos. Su uso junto con el interruptor automático garantiza la
protección del variador y facilita las tareas de puesta en marcha,
explotación y mantenimiento. La selección del contactor se realiza en
función de la potencia nominal y de la corriente nominal del motor.
 Inductancia de línea: Estas inductancias garantizan una mejor protección contra las
sobretensiones de red y reducen el índice de armónicos de corriente que produce el
variador. La inductancia de línea está especialmente recomendada en los siguientes
casos:
o Red muy perturbada por otros receptores (parásitos,
sobretensiones…).
o Red de alimentación con desequilibrio de tensión entre
fases mayor al 1.8% de la tensión nominal.
o Instalación de un número elevado de variadores de
frecuencia en la misma línea.
La selección de la inductancia de línea se hace de acuerdo a la corriente nominal del
variador y su frecuencia de conmitación. Existen inductancias estándar para cada
variador.
 Filtro de radio perturbaciones: Estos filtros permiten limitar la propagación de los

parásitos que generan los variadores por conducción, y que podrían perturbar a
determinados receptores situados en las proximidades del aparato (radio, televisión,
sistemas de audio…). Existen filtros estándar para cada tipo de variador y algunos
variadores los traen incorporados de origen, por lo que no es necesario instalarlos.
3.4. El variador de frecuencia Siemens GS120:
3.4.1. Introducción:
SINAMICS G120 es el variador universal para todo el ámbito industrial y terciario, tanto para
sectores como construcción de maquinaria, automoción, industria textil, artes gráficas,
sistemas de envasado y embalaje o industria química; como para aplicaciones de carácter más
general como, por ejemplo, sistemas transportadores o el sector del acero, el petróleo, el gas o
las plataformas en alta mar o también el ramo de las energías regenerativas.
Perfecto para cuestiones centrales
Para aplicaciones estándar: El convertidor SINAMICS G120 tiene dise ño modular, compuesto
por la unidad de regulación (Control Unit, CU) y la unidad de potencia (Power Module, PM).
Dependiendo de la aplicación que se le vaya a dar, basta con combinar los módulos apropiados
para el caso.
Para funciones de seguridad (Safety Integrated): Totalmente integradas en la automatización

estándar y, con un trabajo mínimo, también en los accionamientos, con una Control Unit de
seguridad. Para un entorno de automa tización y accionamiento homogéneo que abarque
desde la ingeniería hasta el funcio namiento cotidiano.
Para la regeneración de energía: Con el innovador Power Module con capaci dad de
realimentación.
Para condiciones duras y alta resistencia: Mayor robustez gracias a un inteligente sis tema de
refrigeración.
Para una instalación, manejo y manteni - miento sin problemas: La ingeniería se lleva a cabo
con herramien tas ya conocidas (SIZER y STARTER), que aceleran las tareas de configuración y
facilitan la puesta en marcha. SINAMICS G120 cubre un amplio rango de potencias, que abarca
desde 0,37 kW hasta 250 kW.
3.4.2. Datos técnicos:
3.4.3. Instalación:
3.4.4. Alarmas y fallos:

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3.1. ¿Qué es un variador de frecuencia?

Podemos definir un variador de frecuencia como un dispositivo electrónico capaz de

3.2. Esquema de un variador de frecuencia:

El diagrama de bloques de un variador de frecuencia es:

La función del rectificador es convertir la señal de voltaje de alimentación de CA a CD y

Vemos que cada tipo de rectificador tiene diferentes características y posibilidades a la

Inversor de seis pasos: Para variar la frecuencia de la señal de alimentación al motor se

Cuando se usan SCR’s en el inversor, se utilizan circuitos complejos de conmutación que

3.3. Selección del variador optimo y recomendaciones:

Tenemos a nuestra disposición una gran cantidad de modelos de variadores y debemos

Por tanto, debemos considerar al menos los siguientes factores:

 Características del motor: Corriente y potencia nominal, rango de tensiones, factor de

Además es recomendable añadir un circuito adicional para usar correctamente el variador

 Interruptor automático: Su elección está determinada por la corriente nominal del

o 12kA para una tensión de alimentación de 208 V - 50/60Hz.

 Contactor de línea: Este elemento garantiza un seccionamiento

 Filtro de radio perturbaciones: Estos filtros permiten limitar la propagación de los

Perfecto para cuestiones centrales

Para funciones de seguridad (Safety Integrated): Totalmente integradas en la automatización

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