Chuck Yung
Especialista Sénior de Soporte Técnico de EASA
Todos nosotros tenemos ese cliente ocasional que compró “una ganga” en una subasta, como un compresor, un torno o una máquina para trabajar madera y que solo descubre al comenzar a instalarlo que ese equipo tenía un motor trifásico y que él dispone únicamente de energía monofásica. Posiblemente sea su vecino o un amigo de la iglesia. En cualquier caso, usted está a punto de ser contactado para “convertir” esa parte del equipo y probablemente piensa que eso le va a costar más de lo que el puede gastar.
Durante décadas ha existido un procedimiento que funciona bien, conectando dos fases a los 220 voltios de la entrada monofásica y condensadores a una de las líneas energizadas para crear “una línea fantasma” para el tercer cable. Como lo ilustra la Figura 1, la energía trifásica involucra tres ondas sinusoidales desfasadas simétricamente 120 grados eléctricos, una respecto de la otra. Sin embargo, la energía monofásica depende de condensadores para forzar un desfase entre los devanados de marcha y arranque. El desfase de 90 grados eléctricos es completamente distinto a la diferencia de 120 grados entre fases de la energía trifásica. Si alguna vez ha experimentado esto, sabrá que el condensador de marcha deberá ser dimensionado de forma apropiada para la carga o la corriente se desbalanceará tremendamente. En lugar de los 120 grados de desfase representados, utilizar el condensador incorrecto para la carga, puede dar como resultado una gran desviación en la gráfica. Entre más lejos estemos en las tres fases de los 120 grados, menor será el torque. Entre peor sea la discrepancia, menor será el torque.
Utilice un convertidor de fase rotativo
Así mismo, para propósitos similares, se puede utilizar un convertidor de fase rotativo (ver Figura 2). Un taller de carpintería por ejemplo, podría utilizar un convertidor de fase rotativo para transformar la energía monofásica de la red y hacer funcionar varias máquinas trifásicas. El primer inconveniente para esto es que los condensadores no se pueden dimensionar para todas las cargas posibles, por lo tanto el cliente tendría corrientes balanceadas cuando ciertas máquinas estén funcionando, pero cuando unas pocas estén trabajando o la carga de todas las máquinas sea baja, el sistema trifásico se desbalanceará drásticamente. La segunda desventaja es que alguien está pagando a la compañía de electricidad por todo el tiempo que el convertidor de fase rotativo esté funcionando, independientemente que cualquier máquina se encuentre en uso. Utilizando este enfoque, una vez diseñé y construí un tablero de pruebas para un centro de servicios que no contaba con energía trifásica, alimentando un transformador trifásico con un convertidor de fase rotativo (lo cual no lo recomiendo). Dependiendo de la potencia del motor que estaba funcionando el desbalance de corriente variaba ampliamente. La norma NEMA MG1 exige que los motores funcionen con un voltaje balanceado dentro del 1%. Si aplicamos generosamente la regla del 10x, el desbalance de corriente podría llegar a superar el 10% (el porcentaje de desbalance de corriente podría ser tan alto como 10 veces el porcentaje de desbalanceo de voltaje). No es una exageración afirmar que la mayoría de los motores trifásicos que están funcionando con alguno de los sistemas anteriormente descritos, trabajan con un desbalance de corriente entre el 15% y el 50%. Aún si aplicamos la frecuentemente mal interpretada gráfica de derrateo NEMA MG1, no se debería utilizar un motor con un desbalance de corriente tan grande.
Una solución para este dilema
Afortunadamente, existe una forma mejor de solucionar este dilema. Debido a que los variadores electrónicos de frecuencia (VFD) rectifican cada par de fases en C.C. y que después invierten la energía C.C. en energía trifásica de salida, se puede utilizar un VFD alimentado con energía monofásica para hacer funcionar un motor trifásico. El soporte técnico del fabricante varía, con recomendaciones cautas como derratear la potencia del drive en (58%, básicamente). También debemos considerar que la potencia en hp/KW del VFD se escoge por conveniencia, ya que la capacidad del drive realmente está clasificada por la corriente. Por ejemplo, un motor de 10 hp (7.5 kW) utilizaría un VFD con capacidad para 15 hp (11 kW).
Al menos dos fabricantes establecen que sus drives se pueden usar con potencias de hasta 5 hp (4 kW) sin necesidad de derratearlos. Anecdóticamente, existen personas que están utilizando un VFD alimentado con energía monofásica para hacer funcionar motores de hasta 30 hp (22 kW). Aunque he escuchado al menos en un caso, que esto ya se había hecho con un motor de 40 hp (30 kW). Le advierto seriamente que trabaje conjuntamente con el fabricante del drive para seleccionar y dimensionar el VFD adecuado para este uso.
Algunos buenos candidatos para esto incluyen compresores, máquinaria para taller o equipos para carpintería y fuentes de agua decorativas. En lugar de comprar un motor monofásico costoso, cambiar los controles, etc. y tener que lidiar con los problemas del torque de arranque y del control de velocidad, utilice un VFD para accionar el motor existente desde una red de energía monofásica (con algo de fortuna, el VFD vendrá con el equipo y por tanto estará correctamente dimensionado). Para muchas aplicaciones hasta 5 hp (4 kW), se puede comprar el VFD adecuado por menos del coste de rebobinar el motor trifásico y de adquirir los controles necesarios para operarlo.
Los beneficios adicionales para el cliente consisten en que normalmente el motor trifásico es más barato y más eficiente que un motor monofásico con tamaño similar; los controles no requieren reemplazo / modificación y que el VFD tiene el valor agregado que proporciona control de velocidad.
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