1. Componentes de potencia principales: El "Centro de conversión de energía" del armario

1.1 Convertidor de frecuencia (El núcleo del armario)

• Función: Recibe una fuente de alimentación de frecuencia fija (50/60 Hz) y utiliza módulos de potencia IGBT internos para conmutar rápidamente la corriente, convirtiéndola en una salida trifásica con frecuencia y voltaje ajustables. Esto permite que los motores de CA logren una regulación de velocidad continua, un arranque suave (evitando golpes mecánicos por un arranque repentino) y eficiencia energética.
• Selección: Determinada por la potencia nominal del motor, la corriente a plena carga y el tipo de carga (por ejemplo, cargas de ventilador/bomba con par variable frente a cargas de transportador/polipasto con par constante).
• Caso práctico: Sistema de ventiladores de una planta de tratamiento de agua:
  Una planta de tratamiento de agua municipal instaló inversores de 75 kW para sus ventiladores de aireación. Anteriormente, los ventiladores funcionaban a máxima velocidad las 24 horas del día, los 7 días de la semana, consumiendo un exceso de energía. Al hacer coincidir la frecuencia de salida del inversor con la demanda real de oxígeno (ajustada a través de sensores de calidad del agua), la planta redujo el consumo de energía de los ventiladores en un 32% anual. La función de arranque suave también eliminó la "sobretensión de corriente" que antes disparaba los antiguos disyuntores de la planta durante el arranque.

1.2 Disyuntor

• Función: Sirve como interruptor de alimentación principal, proporcionando aislamiento y protección contra cortocircuitos. En caso de un cortocircuito grave (por ejemplo, un devanado del motor dañado), se dispara en milisegundos para cortar la alimentación principal, evitando incendios o el agotamiento de los componentes.
• Posición: Normalmente se instala en la parte delantera de la entrada de alimentación al armario.
• Caso práctico: Línea de montaje de automóviles:
  El sistema de transporte de una planta de automóviles experimentó un cortocircuito cuando una astilla de metal cayó en la carcasa del motor. El disyuntor principal de 200 A en el armario del inversor se disparó instantáneamente, cortando la alimentación al transportador defectuoso. Esto evitó daños al inversor y a otros componentes aguas arriba, limitando el tiempo de inactividad a solo 45 minutos (frente a las 8 horas estimadas si el cortocircuito se hubiera propagado).

1.3 Contactor

• Función: Utiliza una pequeña corriente de control para conmutar grandes corrientes de potencia, protegiendo los frágiles circuitos de control. Los tipos comunes en los armarios de inversores incluyen:
  • Contactor del circuito principal: Controla el suministro de energía al inversor (a veces se omite en diseños simplificados, con el disyuntor manejando esta función).
  • Contactor de conmutación de frecuencia de potencia/inversor: Conmuta el motor a la alimentación de la red (50/60 Hz) si el inversor falla, lo que garantiza la continuidad de la producción.
  • Contactor del bucle de control: Gestiona equipos auxiliares como ventiladores de refrigeración o calentadores.
• Caso práctico: Transportador de congelador de una planta de procesamiento de alimentos:
  Una planta de alimentos congelados confía en los inversores para regular la velocidad del transportador para la eficiencia de la congelación. Durante una falla repentina del inversor, el contactor de frecuencia de potencia/inversor cambió automáticamente el transportador a la alimentación de la red. Esto evitó que 2 toneladas de pollo parcialmente congelado se echaran a perder y mantuvo la línea de producción en funcionamiento hasta que se reparó el inversor (un plazo de 6 horas).

1.4 Protector de sobrecarga

• Función: El propio inversor ofrece protección contra sobrecargas, pero esto falla cuando el motor funciona con alimentación de red (modo de derivación). Se añade un relé térmico o un disyuntor de protección del motor para proteger el motor en modo de derivación.
• Caso práctico: Estación de carga de montacargas de almacén:
  Un almacén logístico utiliza cargadores de montacargas accionados por inversor. Cuando se activó el modo de derivación del inversor para el mantenimiento, una batería de montacargas defectuosa hizo que el motor consumiera el 150% de su corriente nominal. El protector de sobrecarga se disparó en 20 segundos, evitando que el motor se sobrecalentara y se quemara, lo que supuso un ahorro de 1.200 dólares en el coste de sustitución del motor.

2. Elementos de compensación y supresión: Los "Guardianes de la calidad de la energía"

2.1 Reactor de entrada/salida

• Reactor de entrada (reactor de cable de entrada): Instalado entre la red y el inversor.
  • Función: Reduce la contaminación armónica del inversor (que puede interrumpir otros equipos como sensores o PLC), mitiga los picos de tensión del lado de la red y aumenta el factor de potencia (reduciendo las facturas de electricidad).
• Reactor de salida: Instalado entre el inversor y el motor.
  • Función: Suprime los armónicos de alta frecuencia del inversor, reduce la corriente de carga capacitiva en cables largos, prolonga la vida útil del aislamiento del motor y reduce las interferencias electromagnéticas (EMI). Crítico para cables de motor de más de 50 metros.
• Caso práctico: Instalación de paneles solares (granja remota):
  Una granja remota utiliza un inversor de 100 kW para convertir la energía solar para las bombas de riego. El cable del motor recorre 80 metros desde el armario hasta la bomba. Sin un reactor de salida, los armónicos de alta frecuencia provocaron que el motor de la bomba se sobrecalentara y fallara cada 3 meses. Después de instalar un reactor de salida de 100 A, la temperatura de funcionamiento del motor se redujo en 12 °C y su vida útil se extendió a más de 2 años.

2.2 Filtro EMC

• Función: Bloquea las interferencias electromagnéticas (EMI) de alta frecuencia del inversor, evitando que se propaguen a través de las líneas eléctricas o el aire e interrumpan equipos sensibles (por ejemplo, PLC, sensores de temperatura o dispositivos de comunicación inalámbrica). Garantiza el cumplimiento de las normas EMC (por ejemplo, CE, FCC).
• Caso práctico: Sala blanca de una fábrica farmacéutica:
  Las máquinas mezcladoras accionadas por inversor de una planta farmacéutica estaban causando EMI que interrumpían los sensores de presión de la sala blanca. Esto provocó falsas alarmas y paradas innecesarias. La instalación de filtros EMC en los armarios del inversor eliminó la interferencia, reduciendo las falsas alarmas en un 90% y garantizando el cumplimiento de las estrictas regulaciones de salas blancas de la FDA.

2.3 Protector contra sobretensiones

• Función: Absorbe las sobretensiones de sobretensión de los rayos o la conmutación de la red, protegiendo los costosos inversores y componentes electrónicos.
• Caso práctico: Inversor de torre de telecomunicaciones al aire libre:
  El armario del inversor exterior de una empresa de telecomunicaciones alimenta los ventiladores de refrigeración de la torre. Durante una tormenta eléctrica, una sobretensión inducida por un rayo golpeó la red. El protector contra sobretensiones desvió el exceso de tensión a tierra, dejando el inversor y los ventiladores intactos. Sin él, el inversor de 8.000 dólares se habría destruido, causando una interrupción de la torre de 24 horas.

3. Componentes de control y medición: El "Cerebro y los sentidos inteligentes"

3.1 PLC (Controlador lógico programable)

• Función: El "cerebro" de los sistemas de inversores complejos. Recibe señales de botones, sensores o ordenadores de nivel superior, y luego controla el arranque/parada, la velocidad y la dirección del inversor a través de una lógica preestablecida. También permite la conexión con otros equipos (por ejemplo, transportadores, bombas).
• Caso práctico: Línea de embotellado automatizada:
  La línea de embotellado de una planta de bebidas utiliza un PLC para coordinar dos inversores: uno para el transportador de alimentación de botellas y otro para la máquina de tapado. El PLC ajusta la velocidad de la máquina de tapado en función del flujo de botellas del transportador (detectado por un sensor fotoeléctrico). Esto redujo los atascos de botellas en un 40% y aumentó la eficiencia de la producción en un 15%.

3.2 Relé

• Función: Aísla, convierte o amplifica las señales de control en circuitos de baja tensión. Por ejemplo, la salida de 24 V de un PLC controla un relé, que luego activa una bobina de contactor de 220 V (protegiendo el PLC de alta tensión).
• Caso práctico: Sistema HVAC para un centro comercial:
  Los ventiladores HVAC accionados por inversor de un centro comercial utilizan relés para cambiar entre los modos "día" (alta velocidad) y "noche" (baja velocidad). El PLC envía una señal de 24 V a un relé, que activa el contactor para la velocidad del ventilador en modo nocturno. Esta sencilla configuración garantiza una conmutación de modo fiable sin arriesgarse a dañar el PLC por corrientes de alta tensión.

3.3 Fuente de alimentación conmutada

• Función: Convierte la alimentación de red de CA de 220 V/380 V en CC estable de 24 V, alimentando componentes de baja tensión como PLC, HMI, sensores y relés.
• Caso práctico: Control de temperatura de un horno industrial:
  Un horno industrial utiliza un inversor para regular la velocidad de su ventilador (controlando la distribución del calor). La fuente de alimentación conmutada proporciona 24 V al sensor de temperatura y al PLC del horno. Incluso cuando la tensión de la red fluctuaba (entre 200 V y 240 V), la fuente de alimentación conmutada mantenía una salida estable de 24 V, lo que garantizaba lecturas precisas de la temperatura y una velocidad constante del ventilador.

3.4 HMI (Interfaz hombre-máquina)

• HMI básico (botones, indicadores, conmutadores de transferencia): Ofrece control manual (por ejemplo, botones de parada de emergencia) y retroalimentación de estado (por ejemplo, una luz verde para "inversor en funcionamiento").
• HMI de pantalla táctil: Proporciona una interfaz gráfica para la configuración de parámetros (por ejemplo, ajuste de la frecuencia del inversor), la supervisión del estado en tiempo real (por ejemplo, corriente del motor), las alarmas de fallo (por ejemplo, "sobretensión") y el registro de datos históricos.
• Caso práctico: Flota de inversores en la planta de producción:
  Una planta de fabricación con 15 armarios de inversores instaló HMI de pantalla táctil. Los operadores ahora pueden ajustar las velocidades de los ventiladores, ver los datos de consumo de energía y solucionar problemas (por ejemplo, "E05: Sobrecarga") directamente desde la HMI, lo que reduce el tiempo para resolver problemas menores de 1 hora a 10 minutos.

3.5 Instrumentos de medición

• Función: Muestra los parámetros del sistema en tiempo real (tensión, corriente, frecuencia, potencia) para que los operadores supervisen el rendimiento y detecten anomalías.
• Caso práctico: Inversor UPS de un centro de datos:
  El sistema UPS de un centro de datos utiliza un inversor para proporcionar energía de respaldo. Los amperímetros y voltímetros del armario muestran la corriente y la tensión de salida del inversor. Durante un corte de la red reciente, los operadores notaron que la corriente alcanzaba el 120% del valor nominal, lo que les llevó a apagar los servidores no críticos, evitando que el inversor se disparara y garantizando una alimentación ininterrumpida para los equipos informáticos principales.

4. Otros componentes auxiliares: Los "Estabilizadores ocultos"

4.1 Transformador de corriente/tensión

• Función: Reduce las altas corrientes/tensiones del bucle principal (por ejemplo, 500 A/400 V) a señales pequeñas y seguras (por ejemplo, 5 A/100 V) para la medición por instrumentos, PLC o el propio inversor.
• Caso práctico: Máquina laminadora de una acería:
  La máquina laminadora de una acería utiliza un inversor de 600 A. Un transformador de corriente reduce la corriente principal de 600 A a una señal de 5 A, que se envía a un PLC. El PLC utiliza esta señal para detectar sobrecargas, activando una alarma si la corriente supera los 550 A. Esto evitó que la máquina laminadora se atascara debido a una carga excesiva.

4.2 Unidad de freno y resistencia de freno

• Función: Cuando el motor genera energía (por ejemplo, una grúa que baja una carga pesada o un ventilador que se detiene por inercia), la energía regenerativa fluye de vuelta al bus de CC del inversor, causando picos de tensión. La unidad de freno activa la resistencia de freno para disipar esta energía en forma de calor, evitando que el inversor se dispare debido a una sobretensión.
• Caso práctico: Grúa de construcción:
  Una grúa de construcción utiliza un inversor para controlar su velocidad de elevación/descenso. Al bajar una viga de acero de 10 toneladas, el motor actúa como un generador, alimentando energía de vuelta al inversor. La unidad de freno y la resistencia disiparon esta energía, manteniendo estable la tensión del bus de CC. Sin ellos, el inversor se habría disparado más de 10 veces al día, deteniendo la construcción.