Los inversores son dispositivos de conversión de energía que se utilizan en una amplia variedad de campos, desde los electrodomésticos hasta los equipos industriales.Se les conoce como una tecnología fundamental que sustenta tanto nuestra vida cotidiana como el ámbito industrial, ya sea en el funcionamiento eficiente de aires acondicionados y frigoríficos, el control de las revoluciones de los motores en fábricas o la aceleración y desaceleración suaves de los ascensores. Sin embargo, no es muy habitual entender de forma sistemática la estructura interna de estos dispositivos ni cómo se coordinan con los motores.En este artículo te explicaremos paso a paso desde la definición básica y el funcionamiento de los inversores hasta su papel en el control de motores, pasando por ejemplos de uso real y los puntos clave que debes tener en cuenta a la hora de instalarlos. Hemos recopilado los conocimientos que sirven de base para las decisiones de diseño de los ingenieros que se dedican a la selección de motores de precisión y al análisis de sus especificaciones.
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Definición y funcionamiento básico de un inversor
Un inversor es un dispositivo que transforma la energía eléctrica para hacer funcionar un motor. Si te haces una idea general del dispositivo en sí antes de nada, te resultará más fácil entender el control de motores y los ejemplos de aplicación que veremos más adelante.En este capítulo, vamos a explicar paso a paso la definición y la función del inversor, su estructura interna y en qué se diferencia del convertidor, con el que se suele confundir. Empecemos por lo básico: cómo funciona.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- Definición y función del inversor
- Estructura básica del inversor
- La diferencia entre un inversor y un convertidor
Si entiendes cada uno de estos puntos, podrás comprender con precisión el papel que desempeña el inversor en el control del motor.
Definición y función del inversor
Un inversor es un dispositivo de conversión de energía que transforma la corriente continua en corriente alterna. La corriente continua (CC) es aquella que fluye siempre en la misma dirección, mientras que la corriente alterna (CA) es aquella cuya dirección cambia periódicamente.El inversor no solo transforma estos dos tipos de corriente, sino que también destaca por permitir ajustar a voluntad la tensión y la frecuencia de la corriente alterna de salida.
La razón por la que cuenta con esta función de ajuste es para controlar las revoluciones de los motores y permitir un funcionamiento energéticamente eficiente de los electrodomésticos.Al utilizar corriente alterna, al cambiar la frecuencia varía la velocidad de giro del motor conectado, lo que permite un ajuste preciso de la velocidad en función de las condiciones de funcionamiento. La frecuencia es el valor que indica el número de veces que se repite la onda de corriente alterna en un segundo, y su unidad es el Hz (hercio).
Su uso se extiende desde los electrodomésticos hasta el ámbito industrial; además de en productos cotidianos como aires acondicionados, frigoríficos o placas de inducción, los variadores también se incorporan en maquinaria industrial que acciona bombas y ventiladores. Por ejemplo, en los aires acondicionados, se puede ajustar la velocidad del motor del compresor según la temperatura ambiente, lo que permite un funcionamiento en el que solo se consume la energía necesaria.Cuando te acercas a la temperatura ajustada, se reduce la velocidad de rotación, lo que permite un funcionamiento que minimiza el desperdicio de energía.
Un inversor es un dispositivo que combina la conversión de energía y el ajuste de la potencia de salida. Se utiliza en un amplio abanico de campos como base para el control de motores y el funcionamiento de bajo consumo.
Estructura básica de un inversor
La estructura básica de un inversor se compone de tres partes: la sección convertidora, que transforma la corriente alterna en corriente continua; el circuito de filtrado, que estabiliza la tensión; y la sección inversora, que genera corriente alterna a la frecuencia deseada a partir de la corriente continua.
La razón por la que consta de tres partes es que se sigue un proceso en el que la corriente alterna que se suministra a los hogares y las fábricas se convierte primero en corriente continua y, a continuación, se transforma de nuevo en la corriente alterna deseada. Al utilizar un sistema que pasa por la corriente continua en lugar de una conversión directa a corriente alterna, se pueden ajustar libremente la frecuencia y la tensión de salida.
Las funciones de cada parte son las siguientes:
| Componentes | Funciones principales |
| Sección del convertidor | Convierte la corriente alterna de entrada en corriente continua |
| Circuito de filtrado | Reduce las fluctuaciones de tensión de la corriente continua tras la conversión y la estabiliza |
| Sección del inversor | Convierte la corriente continua en corriente alterna con la frecuencia y tensión que quieras |
Para generar corriente alterna en la sección del inversor, se utiliza la operación de conmutación de los dispositivos semiconductores. La conmutación se refiere a la acción de abrir y cerrar el flujo de corriente a gran velocidad; al ajustar el intervalo entre estas operaciones, se genera la forma de onda de corriente alterna deseada. Los dispositivos semiconductores son componentes electrónicos que controlan el flujo de electricidad.
La estructura básica de un inversor consiste en la colaboración entre la sección de conversión, el circuito de filtrado y la sección del inversor, que generan la forma de onda de CA mediante la conmutación de semiconductores. La conversión estable de la energía y el ajuste preciso de la salida se basan en el conjunto de toda la estructura.
La diferencia entre un inversor y un convertidor
La diferencia entre un inversor y un convertidor radica en la dirección en la que transforman la energía eléctrica. El inversor transforma la corriente continua en corriente alterna, mientras que el convertidor transforma la corriente alterna en corriente continua. Aunque se suelen confundir porque sus nombres son parecidos, sus funciones son totalmente opuestas.
La razón por la que funcionan en sentido contrario es que cada uno está pensado para un uso diferente. La función del convertidor es transformar la corriente alterna de la red eléctrica en corriente continua que se pueda usar dentro de los aparatos electrónicos, mientras que la del inversor es generar corriente alterna a partir de la corriente continua para adaptarla al uso que se le vaya a dar.
Si resumimos las diferencias entre ambos, queda así:
[La diferencia entre un inversor y un convertidor]
- Inversor: convierte la corriente continua en corriente alterna
- Convertidor: convierte la corriente alterna en corriente continua
- Ambos se usan juntos en un mismo dispositivo
En el interior de un inversor real también se integra la función de convertidor. Como la corriente que sale de los enchufes de casa o de las fábricas es de corriente alterna, primero se transforma en corriente continua en la sección del convertidor y, después, la sección del inversor genera la corriente alterna que se necesita. Estas dos funciones de conversión no son opuestas, sino que funcionan de forma coordinada como un proceso continuo.
Aunque la diferencia radica en que la dirección de conversión es opuesta, los inversores y los convertidores se utilizan, en la práctica, de forma combinada. Si entiendes cómo se reparten las funciones entre ambos, lo que es fundamental para comprender el funcionamiento general del sistema, te resultará más fácil seguir la explicación sobre el control de motores que viene a continuación.
La relación entre el inversor y el motor
Un ejemplo típico en el que los variadores demuestran su potencial es el control de motores. Las funciones de conversión de energía y regulación de la potencia de salida permiten controlar con total libertad la velocidad de giro del motor.En este capítulo, te explicaremos paso a paso cómo funciona el control de la velocidad de rotación de los motores, las ventajas que ofrece la instalación de un inversor y ejemplos de aplicación según el uso. Te lo organizamos todo para que puedas valorar si se adapta a las necesidades de tu empresa.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- Mecanismo para controlar las revoluciones del motor
- Las tres ventajas de instalar un inversor
- Ejemplos de uso de los inversores según su aplicación
Si repasamos todo, desde cómo funciona hasta las ventajas y los ejemplos concretos, la relación entre el inversor y el motor se ve con mayor claridad.
Mecanismo para controlar las revoluciones del motor
La clave del sistema de control de la velocidad de giro del motor está en el ajuste de la frecuencia. Como la velocidad de giro de un motor de corriente alterna varía según la frecuencia de la red eléctrica, si cambias la frecuencia de salida con un inversor, puedes ajustar con precisión la velocidad de giro del motor.
La característica principal del control por variador es que aprovecha la relación entre la frecuencia y la velocidad de giro. Así, un motor que antes solo podía funcionar a una velocidad fija, ahora puede funcionar en un amplio rango, desde velocidades bajas hasta altas. También permite un arranque suave desde parado y mantener la velocidad según lo que necesites.
Uno de los métodos básicos de control de los convertidores es el control V/f. Se trata de un método de control que varía la potencia de salida manteniendo constante la relación entre la tensión (V) y la frecuencia (f), y se utiliza para el control de velocidad general. Otro método de control de los convertidores es el control vectorial, y se elige uno u otro según la aplicación.
La tecnología que permite regular la velocidad de giro del motor variando la frecuencia de la red eléctrica es el control de motores mediante variador. Gracias a métodos como el control V/f, se consigue un control de velocidad preciso con un amplio rango de funcionamiento.
Las tres ventajas de instalar un inversor
Si incorporas un inversor al control del motor, obtendrás ventajas tanto en cuanto a la eficiencia de funcionamiento como a la estabilidad del mismo. Las principales ventajas se pueden resumir de la siguiente manera:
[Tres ventajas de instalar un inversor]
- Reducción del consumo eléctrico gracias al modo de ahorro de energía
- Ajuste preciso de las revoluciones
- Estabilización del funcionamiento al evitar aceleraciones y frenadas bruscas
Todas estas ventajas se deben a que puedes controlar la velocidad del motor justo lo necesario. En cuanto al ahorro energético, puedes ajustar la velocidad según las condiciones de funcionamiento y así reducir el consumo excesivo de electricidad. En aparatos de aire acondicionado y maquinaria industrial, se espera que el suministro de energía adaptado a la carga permita reducir el consumo eléctrico. Además, mejora la estabilidad del funcionamiento.
Como se puede ajustar la velocidad por pasos, es posible diseñar sistemas que permitan un movimiento suave, evitando aceleraciones y paradas bruscas, por ejemplo, en ascensores o cintas transportadoras de fábricas. Un funcionamiento que reduce la carga sobre los equipos y las vibraciones contribuye a que las instalaciones funcionen de forma estable.
Las ventajas en cuanto al ahorro energético, el control de la velocidad y la estabilidad de funcionamiento hacen que el variador se haya consolidado como la tecnología principal para el control de motores. Se trata de una configuración que se está implantando cada vez más en un amplio abanico de sectores como forma de compaginar la calidad de funcionamiento con la eficiencia.
Ejemplos de uso de los inversores según su aplicación
Si lo miramos por usos, los inversores se utilizan de forma diferente según el sector. Desde electrodomésticos hasta equipos industriales y vehículos ferroviarios, los inversores se incorporan en muchas de las aplicaciones en las que se utilizan motores.
Estos son algunos ejemplos típicos de uso:
| Ámbito | Principales aplicaciones | Función del inversor |
| Electrodomésticos | Aires acondicionados y frigoríficos | Funcionamiento de bajo consumo gracias al ajuste de las revoluciones |
| Equipos de transporte | Ascensores y cintas transportadoras | Control de aceleración y desaceleración suaves |
| Equipos industriales | Bombas y ventiladores | Control de revoluciones según la carga |
| Vagones de tren | Trenes y trenes de alta velocidad | Control de velocidad de los motores de los vehículos |
Las prestaciones que se exigen varían según el sector. En los electrodomésticos se valora el ahorro energético; en los equipos de transporte, un movimiento fluido; y en la maquinaria industrial, la capacidad de adaptarse a las variaciones de carga.El inversor VVVF que se usa en los vagones de tren es la abreviatura de «tensión variable y frecuencia variable» (Variable Voltage Variable Frequency) y es un sistema que controla los motores de los vagones variando simultáneamente la tensión y la frecuencia.
Aunque se trate del mismo inversor, el nivel de precisión de control y fiabilidad que se exige varía según el uso.Las especificaciones que debe cumplir el motor que se vaya a integrar también varían según el sector, por lo que el diseño debe partir de un análisis que tenga en cuenta las características específicas de cada aplicación.
Aspectos a tener en cuenta al instalar un variador y análisis de las especificaciones del motor
Si entiendes las características del equipo y eliges el más adecuado para cada aplicación, podrás sacarle el máximo partido. Sin embargo, aunque los variadores son muy útiles para controlar motores y ahorrar energía, hay que tener en cuenta algunos aspectos a la hora de instalarlos.En este capítulo, vamos a repasar paso a paso las precauciones que hay que tener en cuenta al usar variadores, cómo elegir entre los distintos tipos y métodos de control, y los puntos clave a tener en cuenta a la hora de seleccionar las especificaciones de los micromotores según su uso. Lo veremos como material de referencia para tomar decisiones de diseño.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- Precauciones al usar el inversor
- Tipos de inversores y cómo elegir el sistema de control
- Puntos clave a tener en cuenta a la hora de elegir las especificaciones de los micromotores según su uso
Si tienes en cuenta desde los aspectos a tener en cuenta hasta cómo elegirlo y las especificaciones del motor, te resultará más fácil decidir si es adecuado para lo que necesitas.
Precauciones al usar un inversor
Entre las cosas que hay que tener en cuenta al usar un inversor están el ruido, los armónicos y el calor generado. El funcionamiento de conmutación de los componentes semiconductores conlleva factores que pueden afectar a los dispositivos periféricos.
Detrás de estos factores está la característica de que la corriente se activa y desactiva a gran velocidad. El ruido eléctrico y las corrientes armónicas, que difieren de la frecuencia original, son fenómenos que se producen durante el proceso de conmutación.Las armónicas son componentes de la corriente que se producen como múltiplos enteros de la frecuencia fundamental. El calor generado por el funcionamiento del equipo también es un factor que hay que tener en cuenta.
Entre las medidas para hacer frente a estos aspectos a tener en cuenta se encuentran la revisión del entorno de instalación y del cableado, así como el uso de filtros. Mediante un cableado que reduzca la propagación del ruido y la instalación de filtros que mitiguen el efecto de los armónicos, se consigue un funcionamiento que minimiza el impacto en los dispositivos periféricos. En cuanto a la generación de calor, hay que tener en cuenta la necesidad de disponer de un espacio de instalación que permita una buena disipación del calor.
Si tienes en cuenta los aspectos relacionados con el ruido, los armónicos y el calor, y adoptas medidas que incluyan el entorno y el cableado, podrás sacar el máximo partido al rendimiento del inversor de forma estable. Es importante que incorpores estas medidas desde la fase de planificación de la instalación.
Tipos de inversores y cómo elegir el método de control
La elección del tipo de variador y del método de control depende de la precisión de control que se busque y del uso que se le vaya a dar. Los variadores se clasifican en dos categorías: según el tipo de circuito y según el método de control, y se eligen en función del motor con el que se vayan a combinar y del fin para el que se vayan a utilizar.
Las principales clasificaciones son las siguientes:
| Ejes de clasificación | Tipo | Características |
| Tipo de circuito | Tipo de tensión y tipo de corriente | Clasificación según el tipo de potencia de salida |
| Modo de control | Control V/f | Compatible con el control de velocidad general |
| Método de control | Control vectorial | Permite un posicionamiento de alta precisión y una respuesta rápida |
El tipo de circuito se clasifica según cómo se gestiona la potencia de salida.El modo de tensión es el que controla la tensión, mientras que el modo de corriente controla la corriente, y se eligen según la aplicación. A la hora de elegir el modo de control, el criterio es el rendimiento que se busca. Se considera que el control V/f es adecuado para el control de velocidad general, mientras que el control vectorial es más adecuado para aplicaciones que requieren un posicionamiento preciso o una respuesta rápida.
Lo básico a la hora de elegir un inversor es seleccionar la combinación más adecuada para tu aplicación, teniendo en cuenta tanto el tipo de circuito como el sistema de control. Si tienes claro el nivel de precisión de control que necesitas, te resultará más fácil determinar cuál es el sistema más adecuado.
Puntos a tener en cuenta a la hora de elegir las especificaciones de los micromotores según su uso
A la hora de analizar las especificaciones de los micromotores según su uso, es importante tener en cuenta también el lado del motor que se va a combinar con el variador. El rendimiento del equipo en su conjunto depende de las especificaciones tanto del variador como del motor.
Las especificaciones que deben cumplir los motores varían según el uso. Por ejemplo, hay aparatos que necesitan ser compactos, equipos de precisión que requieren un bajo nivel de vibraciones, mecanismos de control que necesitan una respuesta rápida o dispositivos que funcionan con batería y deben funcionar a baja tensión.
A continuación, te voy a mostrar algunos ejemplos de motores que puedes elegir para aplicaciones de precisión.
| Ámbitos de aplicación | Especificaciones más importantes | Opciones de motores |
| Equipos médicos | Bajas vibraciones y alta fiabilidad | Motores sin núcleo |
| Equipos ópticos | Rápida respuesta y bajas vibraciones | Motores sin núcleo |
| Equipos de seguridad | Funcionamiento a baja tensión y larga vida útil | Motores sin núcleo |
| Equipos para aficiones (servos, etc.) | Larga vida útil, bajas vibraciones y funcionamiento silencioso | Motores sin escobillas |
Los motores sin núcleo tienen una estructura que no incluye núcleo de hierro, lo que reduce el efecto de dentado y les da una gran capacidad de respuesta para arranques y paradas rápidas; por eso se usan en aplicaciones de precisión donde la fiabilidad es clave, como los dispositivos médicos. Como pueden arrancar a baja tensión, también son ideales para dispositivos de seguridad, como las llaves electrónicas a batería.Los motores sin escobillas no sufren desgaste de las escobillas ni del conmutador, por lo que tienen una vida útil más larga; además, al no tener contactos mecánicos, generan pocas vibraciones y son silenciosos, lo que les permite destacar en aplicaciones de accionamiento continuo, como los servomotores.
Aunque aún no tengas claros los requisitos a la hora de definir las especificaciones de un micromotor, podemos asesorarte teniendo en cuenta tu aplicación y el entorno de uso. En C.I. Takiron Co., Ltd., nuestro equipo técnico te escuchará para conocer tu aplicación y te propondrá la solución que mejor se adapte a tus necesidades. Si necesitas ayuda con las especificaciones o quieres hablar sobre personalizaciones, envíanos tu consulta a través del formulario de contacto.
Resumen
Un inversor es un dispositivo de conversión de energía que transforma la corriente continua en corriente alterna, y permite ajustar a voluntad la tensión y la frecuencia de salida. Se suele combinar en un mismo dispositivo con un convertidor, que realiza la conversión en sentido contrario.Al incorporarlos al control de motores, se obtienen ventajas como un funcionamiento más eficiente, un ajuste preciso de las revoluciones y una mayor estabilidad en el funcionamiento al evitar aceleraciones y paradas bruscas; por eso, es una tecnología que se usa en un amplio abanico de campos, desde electrodomésticos hasta maquinaria industrial. Por otro lado, a la hora de instalarlos, hay que tener en cuenta el ruido y los armónicos, además de elegir el tipo de circuito y el método de control adecuados para cada aplicación.Para sacar el máximo partido al rendimiento del equipo en su conjunto, también es imprescindible analizar las especificaciones del motor con el que se va a combinar. Las especificaciones de los micromotores que se necesitan en aplicaciones de precisión, como los equipos médicos, ópticos o de seguridad, varían según el uso, por lo que resulta útil seguir un proceso por etapas, empezando por definir los requisitos.
Información de productos y consultas
Puedes consultar más detalles sobre los micromotores de C.I. Takiron en la siguiente página web.
- Página web del producto: https://cik-ele.com/
- Motores sin núcleo: https://cik-ele.com/products/list/coreless_motor/
- Motores sin escobillas: https://cik-ele.com/products/list/brushless_motor/
- Motorreductor: https://cik-ele.com/products/list/gearhead/
- Codificador: https://cik-ele.com/products/list/encoder/
Si tienes alguna duda a la hora de elegir un motor pequeño para el desarrollo de tus productos, no dudes en ponerte en contacto con nosotros a través del formulario de consulta. Nuestro equipo técnico analizará el uso y los requisitos que necesitas y te propondrá la solución más adecuada.
- Consultas: https://cik-ele.com/contact/
