La Diferencia entre los Motores de Frecuencia Variable (VFD) y los Motores Servo Explicada

¿Qué Son los Controladores Servo y Inversores de Frecuencia (VFDs)?

Comprensión Servo accionamiento Sistemas

Los servo accionamientos son muy importantes en las configuraciones de automatización industrial donde sirven como partes clave de maquinaria compleja. Lo que hacen estos motores básicamente es controlar cómo se mueven los servomotores. Reciben instrucciones de los sistemas de control típicamente a través de señales electrónicas. Una vez que reciben esas señales, los motores modifican la electricidad que va al motor para que pueda controlar con precisión cosas como hacia dónde apunta, qué tan rápido gira y qué tipo de fuerza aplica. Cuando hablamos de lo que compone una configuración de servoacción típica, obviamente está el motor en sí, más una unidad de control que maneja todas las señales entrantes, y luego varias herramientas de retroalimentación como codificadores o resolvedores que proporcionan actualizaciones en vivo sobre exactamente dónde está posicionado el motor

Cuando se trata de aplicaciones dinámicas, estos componentes se unen para mantener la precisión y la estabilidad durante todo el funcionamiento. Los sistemas de servoacción simplemente no pueden ser reemplazados cuando necesitamos control puntual, piensen en lugares como las configuraciones de robótica, esas máquinas CNC de lujo con toda su magia de control numérico por computadora, además de varios otros equipos automatizados alrededor de las fábricas. Tomemos la robótica por ejemplo, hacer que esos brazos se muevan exactamente de la misma manera cada vez que importa mucho durante las líneas de montaje o los procesos de soldadura. Y miren lo que sucede con las máquinas CNC también, los servo accionamientos básicamente hacen posible la creación de piezas realmente complejas que exigen altos niveles de detalle y precisión. Es por eso que tantos fabricantes confían en ellos a pesar de los costos de inversión iniciales.

Explorando la tecnología de Control de Frecuencia Variable

Los motores de frecuencia variable, o VFDs para abreviar, juegan un papel clave en cómo funcionan los motores de CA al permitirnos controlar tanto la velocidad como el par. Lo que hacen estos motores básicamente es cambiar el voltaje y la frecuencia que entra en el motor, lo que permite un control mucho más preciso sobre la velocidad con que corre y qué tipo de fuerza produce. La tecnología detrás de esto implica cosas llamadas modulación de frecuencia y algo conocido como modulación de ancho de pulso (PWM). Con PWM específicamente, el motor se ajusta cuando la electricidad fluye a través del sistema, diciéndole al motor exactamente cuándo trabajar más o más lentamente basado en lo que se necesita en un momento dado.

Hay muchas buenas razones por las que las empresas deberían considerar la posibilidad de utilizar la tecnología VFD, y estos beneficios se extienden tanto a las iniciativas verdes como a las operaciones diarias. Lo principal es que los VFD ahorran mucha energía porque ajustan la velocidad de los motores basándose en lo que el sistema realmente necesita en un momento dado. Esto significa que no se desperdicia electricidad cuando no se necesita. Otra gran ventaja es que los VFD hacen que las máquinas duren más tiempo ya que eliminan los arranques y paradas duros que desgastan las cosas tan rápidamente. Los costos de mantenimiento también disminuyen como resultado. Lo que hace que los VFD realmente destaquen es su capacidad para afinar los procesos en diferentes industrias. Vemos que esto funciona bien en todo, desde líneas de producción de fábrica donde la precisión es importante hasta la construcción de sistemas de control de clima que necesitan adaptarse durante todo el día.

En general, servo accionamiento y los VFD impactan significativamente en la eficiencia y precisión de las operaciones industriales, cada uno desempeñando roles únicos y complementarios en la automatización.

Principales diferencias entre VFD y Servo Drives

Precisión de Control y Rendimiento de Par

La precisión y el control del par ofrecidos por los servo-drives provienen de sus sistemas de retroalimentación de circuito cerrado, lo que los hace esenciales para cosas como máquinas CNC y brazos robóticos. Estos sistemas comprueban constantemente dónde está el motor y qué tan rápido va, y luego hacen ajustes a la vez. Eso da como resultado movimientos muy precisos y respuestas rápidas cuando el par necesita cambiar repentinamente. La mayoría de los servomotores alcanzan alrededor del 95% de precisión en entornos reales de tienda, por lo que son bastante confiables. Por otro lado, los VFDs funcionan de manera diferente ya que generalmente se ejecutan en configuraciones de bucle abierto. Esto significa que no tienen el mismo nivel de precisión porque sólo cambian las velocidades del motor ajustando la frecuencia eléctrica en lugar de controlar la posición continuamente. Las pruebas del mundo real muestran que los VFDs solo pueden obtener una precisión de par de aproximadamente el 85% en algunas situaciones, lo que explica por qué los fabricantes todavía prefieren servos para trabajos donde tener cada detalle correcto es lo más importante.

Aplicación -Funcionalidad específica

En industrias que necesitan precisión como la robótica y las líneas de ensamblaje de fábricas, los servo-drives se destacan porque manejan trabajos de control complejos y ajustan la velocidad y la posición muy rápido. Tomemos por ejemplo los brazos robóticos utilizados en las plantas de producción. Los sistemas servo les permiten moverse con el tipo de precisión que hace posible el montaje sin errores. Por otro lado, los VFD funcionan mejor cuando todo lo que se necesita es un simple control de velocidad y ahorro de energía. Es por eso que las vemos en todas partes desde unidades de HVAC hasta sistemas de cinta transportadora. ¿Qué hace que los VFD se destaquen? Reducen el desgaste de los motores al arrancar y ahorran bastante electricidad también. Algunas pruebas muestran un ahorro de energía de alrededor del 30% en configuraciones HVAC típicas. Así que aunque ambas tecnologías tienen sus fortalezas, lo que más importa es que la herramienta adecuada se adapte a los requisitos del trabajo. Esto explica por qué los fabricantes se quedan con servos o VFDs dependiendo de lo que exactamente se necesita hacer en sus operaciones.

El papel de los codificadores en sistemas de transmisión

Integración de codificadores en sistemas de servoacción

Los codificadores son realmente importantes para obtener un mejor rendimiento de los sistemas de servoacción, ya que proporcionan la retroalimentación necesaria para las operaciones de control de circuito cerrado. Estos dispositivos proporcionan mediciones precisas porque mantienen un registro de la posición y la velocidad durante todo el funcionamiento del servomotor. Hay básicamente dos tipos de codificadores disponibles en el mercado hoy en día: modelos incrementales y absolutos. El tipo incremental funciona rastreando los cambios de posición, por lo que funcionan mejor cuando hay una opción para restablecer la información de posición. Los codificadores absolutos dicen exactamente dónde está algo en un momento dado sin necesidad de un punto de referencia, lo que los hace ideales para secuencias de movimiento complicadas. Las pruebas en el mundo real indican que añadir codificadores a los sistemas servo aumenta la precisión sustancialmente, a veces alcanzando el control del par dentro de sólo 0,01% de desviación de lo que se necesita. Este tipo de precisión es muy importante en entornos de fabricación avanzados como líneas de ensamblaje robóticas y máquinas de control numérico por computadora donde incluso pequeños errores pueden causar grandes problemas en la línea de producción.

Retroalimentación de posición en VFD Aplicaciones

Los VFD utilizan sistemas de retroalimentación para aumentar lo que pueden hacer, especialmente cuando el control exacto de la velocidad es importante. Conseguir la retroalimentación correcta de la posición es muy importante para hacer que estos accionamientos funcionen mejor y con mayor precisión en diferentes configuraciones como cintas transportadoras o grandes máquinas mezcladoras. Cuando la retroalimentación se integra en el sistema, los motores pueden cambiar de velocidad basándose en cualquier carga que entre, lo que mantiene todo funcionando sin problemas. Tomemos el equipo de embalaje, por ejemplo. La capacidad de ajustar las velocidades gracias a la buena posición de retroalimentación significa productos mantener la calidad constante y reducir el desperdicio de materiales durante las series de producción. Las industrias que necesitan cambios constantes en la velocidad encuentran este tipo de configuración realmente valiosa porque hace que los sistemas completos sean más confiables a lo largo del tiempo sin sacrificar los niveles de rendimiento.

Elegir el Controlador Correcto para su Aplicación

Factores que Influencian la Selección del Controlador

La elección de la unidad correcta para cualquier aplicación dada requiere considerar múltiples aspectos importantes. Cuando alguien empieza a pensar en sus necesidades, necesita considerar cosas como el tipo de carga que se manejará, cuánto par es necesario y si el control preciso es importante. Tomemos los procesos de fabricación que exigen tolerancias ajustadas y reacciones rápidas, esas situaciones a menudo requieren motores de servoacción específicamente. El dinero también importa, obviamente. Claro, las unidades de alta calidad suelen venir con un precio más alto por adelantado, pero muchas empresas encuentran que ahorrar dinero más tarde a través de una mayor eficiencia compensa. Los modelos de eficiencia energética reducen la factura de electricidad mes tras mes. Hablar con personas que han estado allí antes o leer historias reales de éxito de otros negocios también ayuda mucho. Un ejemplo del mundo real proviene de una fábrica de piezas de automóvil que redujo el tiempo de inactividad y aumentó la productividad simplemente porque seleccionaron la solución de accionamiento correcta para su configuración de la línea de montaje. Todas estas piezas diferentes encajan cuando se toman decisiones que conducen a buenos resultados en el futuro.

Alinear las capacidades del accionamiento con las necesidades operativas

Para que las capacidades de unidad coincidan con lo que realmente se necesita hacer, se requiere examinar de cerca lo que exige la aplicación. La elección entre un servo y un VFD se reduce generalmente a factores específicos del trabajo en cuestión. Cuando el control estricto de la velocidad y el par es importante, los servos tienden a funcionar mejor. Pero muchas operaciones no necesitan ese nivel de precisión, así que ir con un VFD también tiene sentido económico. La experiencia del mundo real muestra que las empresas obtienen grandes ganancias después de elegir el tipo de accionamiento correcto. Tomemos una línea de envasado que cambió de VFDs estándar a sistemas servo el año pasado. Vieron sus tasas de producción saltar casi un 30% de la noche a la mañana. Los operadores suelen notar que deben considerar cambiar las unidades cuando comienzan a ver problemas con la precisión del tiempo o cuando los procesos simplemente no responden lo suficientemente rápido a los cambios en la demanda.

Conclusión: Optimizando el rendimiento con el motor adecuado

Saber cómo los accionamientos de frecuencia variable (VFD) difieren de los servo accionamientos hace toda la diferencia en obtener buenos resultados de los sistemas industriales. Básicamente, los VFD funcionan mejor donde las máquinas necesitan velocidades constantes sin mucho ajuste fino, lo que explica por qué son tan populares en operaciones de cinta transportadora o sistemas HVAC. Pero los servo-drive cuentan otra historia. Estos bebés brillan en situaciones que requieren precisión y cambios rápidos de velocidad, piensen en brazos robóticos en líneas de montaje o centros de mecanizado CNC. Mantenerse al día con lo que hay de nuevo en tecnología de accionamiento no es sólo académico tampoco. Muchos fabricantes informan que han visto ahorros reales después de actualizar sus sistemas de accionamiento, a veces reduciendo los costos de energía en dos dígitos. Al elegir las unidades para futuras instalaciones, vale la pena mirar más allá de las hojas de especificaciones. Hable con otros gerentes de plantas que han hecho el cambio, consulte estudios de casos de instalaciones similares, y no tenga miedo de probar diferentes opciones antes de comprometerse. La elección correcta de la conducción a menudo significa operaciones más suaves y menos dolores de cabeza en el camino.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la función principal de un servo drive?

Un servo drive controla el movimiento de un motor de servicio ajustando la potencia de acuerdo con los comandos de un sistema de control, asegurando precisión en la posición, velocidad y par.

¿Cómo contribuyen los VFDs al ahorro de energía?

Los VFD ajustan la velocidad y potencia del motor para adaptarse a la demanda de una aplicación, reduciendo el consumo de energía innecesario y minimizando el estrés mecánico.

¿Qué aplicaciones son las más adecuadas para los servodrivess?

Los servodrives son ideales para aplicaciones que requieren un control preciso, como la robótica, maquinaria CNC y tareas que demandan movimientos intrincados y ajustes de velocidad.

¿Cómo mejoran los codificadores el rendimiento de los servodrives?

Los codificadores proporcionan retroalimentación para el control de bucle cerrado, asegurando una alta precisión y exactitud al monitorear constantemente la posición y velocidad del motor.

¿Pueden los VFD trabajar con sistemas de retroalimentación?

Sí, los VFD pueden utilizar sistemas de retroalimentación para ajustar la velocidad del motor en respuesta a cambios en las condiciones de carga, mejorando la eficiencia y precisión en aplicaciones específicas.