Manual completo de variadores de frecuencia con 20 calculadoras interactivas: potencia y par, velocidad síncrona, conversión kW ↔ HP, corriente estrella-delta, eficiencia y pérdidas, tensión de bus DC, back-EMF en motores de imán permanente, relación U/f, característica de 87 Hz, rampas de aceleración, compensación de deslizamiento, leyes de afinidad, ahorro anual con retorno de inversión y costo de ciclo de vida. Escriba sus datos y la hoja calcula en el momento.
SEIVARSA — Manual Técnico Interactivo 2024
Variadores de Frecuencia
Manual Completo + Calculadoras
9 capítulos técnicos · 20+ calculadoras interactivas · Basado en Danfoss VLT® FWK · Equipo de Ventas & Servicio
≡
Índice General
Navegación completa del manual
0
Introducción
Definición VF, terminología, tecnologías de control
1
Motores Eléctricos
Fundamentos, tipos, placa, fórmulas, clases IE
2
Variadores de Frecuencia
Arquitectura, rectificador, IGBT, PWM, VVC⁺
3
VF + Motor — Operación
U/f, 87 Hz, rampas, compensaciones, frenado
4
Ahorro de Energía
Leyes de afinidad, LCC, ROI, clases eficiencia
5
Compatibilidad EMC
EMI, blindaje, tierras, normas C1–C4
6
Protección Eléctrica
TN/TT/IT, fusibles aR/gG, RCD Tipo B
7
Armónicos en la Red
THD, PF, filtros pasivos/activos, IEEE 519
8
Interfaces de Comunicación
HMI, RS-485, Fieldbus, PROFINET, EtherNet/IP
9
Dimensionamiento y Selección
Corriente, sobrecarga, derating, cables, ejemplos
🧮
20+ Calculadoras InteractivasTodas las calculadoras están integradas en sus capítulos correspondientes y también accesibles desde la sección Calculadoras Rápidas. Los ejemplos pre-cargados corresponden a casos reales típicos de SEIVARSA.
0
Introducción a los Variadores de Frecuencia
Definición, propósito, tecnologías y mercado
Un Variador de Frecuencia (VF) es un dispositivo electrónico de potencia que convierte CA de frecuencia fija (ej. 50/60 Hz) en CA de amplitud y frecuencia variables (0–320+ Hz), permitiendo controlar la velocidad de motores eléctricos con precisión de ±0.5% independientemente de la carga.
1968
Primer VF Danfoss en producción masiva
48%
Consumo global de energía en motores
±0.5%
Precisión de velocidad sin encoder
60-70%
Aplicaciones aptas para VF
0.1 Terminología del mercado
| Siglas | Nombre en inglés | Uso típico |
|---|---|---|
| FC / VF | Frequency Converter / Variador de Frecuencia | Danfoss, Europa, SEIVARSA |
| VFD | Variable Frequency Drive | Mercado americano, Rockwell, ABB |
| VSD | Variable Speed Drive | Control de velocidad en general |
| ASD | Adjustable Speed Drive | Norma NEMA americana |
| Inverter | Inverter Drive | Japón (Mitsubishi, Yaskawa, Fuji) |
0.2 Potencial de ahorro en el sistema
🏭 Optimización del Sistema
60%
Del potencial total de ahorro
Rediseño del proceso, dimensionamiento correcto de tuberías, ductos, equipos
⚡ Control de Velocidad
30%
Del potencial total de ahorro
Aplicar VF en lugar de válvulas, dampers o arranque directo
🔋 Motores Eficientes
10%
Del potencial total de ahorro
Actualizar motores IE2 → IE3 → IE4 en nuevas instalaciones
💡
Mensaje de venta SEIVARSA: El argumento no es solo “el VF ahorra energía” sino “SEIVARSA optimiza el sistema completo”. Una bomba sobredimensionada con válvula de estrangulamiento puede desperdiciar el 40–60% de la energía. El VF correcto, bien dimensionado, puede tener ROI de 6–18 meses.
0.3 Tecnologías comparadas de control de velocidad
| Tecnología | Rango de control | Eficiencia | Costo mantenimiento | Aplicación ideal |
|---|---|---|---|---|
| VF Eléctrico | 1:10,000 | 95–98% | Mínimo | Universal — la mejor opción actual |
| Hidráulico hidrodinámico | 1:5 | 70–85% | Alto | Conveyors pesados, minería |
| Mecánico (poleas variables) | 1:4 | 85–90% | Medio | Aplicaciones simples, bajo costo inicial |
| Motor CD con control | 1:1,000 | 85–92% | Alto (escobillas) | Equipos legados, no nuevas instalaciones |
| Arrancador suave | Solo arranque | Fijo en operación | Bajo | Donde solo se necesita arranque suave |
1
Motores Eléctricos
Fundamentos, tipos, parámetros, clases de eficiencia y placas de características
1.1 Componentes fundamentales del motor
🔩 Estátor
- Parte fija del motor
- Paquetes de laminaciones con devanados trifásicos
- Genera el campo magnético rotante
- Conexión a la fuente de alimentación (Y o Δ)
🔄 Rotor
- Parte giratoria montada en el eje
- Jaula de ardilla: barras de Al o Cu
- Recibe la fuerza inductiva del campo estátor
- Velocidad siempre inferior al campo (slip)
📌 Placa Características
- Potencia nominal [kW / hp]
- Tensión Y/Δ [V]
- Corriente Y/Δ [A] — dato clave para VF
- Velocidad nominal [RPM]
- Factor de potencia cos φ
- Clase de aislamiento (F=155°C, H=180°C)
🧮 Calculadora 1 — Potencia / Torque / Velocidad
CALC 01 Relación P — T — n (introduce dos valores, calcula el tercero)
P [kW] = (T [Nm] × n [RPM]) / 9,550
Ejemplo pre-cargado: Motor 15 kW a 1,450 RPM → T = (15 × 9,550) / 1,450 = 98.8 Nm
✅ Resultado
Potencia
—
kW
Torque
—
Nm
Velocidad
—
RPM
⚠️ Introduce exactamente DOS valores y deja el tercero vacío.
🧮 Calculadora 2 — Velocidad Sincrónica y Asincrónica
CALC 02 Velocidad sincrónica y velocidad real con slip
n₀ = (f × 60) / p n_real = n₀ × (1 – s/100)
Ejemplo: Motor 4 polos, 50 Hz, slip 3.3% → n₀ = 1,500 RPM → n_real = 1,500 × 0.967 = 1,450 RPM
✅ Resultado
Vel. sincrónica n₀
—
RPM
Vel. real (con slip)
—
RPM
Slip absoluto
—
RPM
Frecuencia de slip
—
Hz
🧮 Calculadora 3 — Conversión kW ↔ HP y Corriente de Motor
CALC 03 Conversión de unidades y corriente nominal estimada
1 hp = 0.7457 kW | I = P / (√3 × V × cos φ × η)
Ejemplo: Motor 15 kW, 400V, cos φ = 0.88, η = 0.93 → I ≈ 26.5 A
✅ Resultado
Potencia en kW
—
kW
Potencia en hp
—
hp
Corriente nominal est.
—
A
Potencia aparente
—
kVA
🧮 Calculadora 4 — Corriente Estrella vs Delta
CALC 04 Relación de corriente y tensión en conexión Y y Δ
I_Δ = I_Y × √3 U_Y = U_Δ × √3 Potencia = igual en ambas
Ejemplo: Motor 400V/230V Y/Δ con I_Y = 27.5A → I_Δ = 27.5 × √3 = 47.6 A. En Δ, tensión de fase = 400V (igual a la red).
✅ Resultado
Corriente en Estrella Y
—
A
Corriente en Delta Δ
—
A
Tensión de fase en Y
—
V (U/√3)
Tensión de fase en Δ
—
V (= U línea)
1.2 Tipos de motores y su compatibilidad con VF
| Tipo de motor | Principio | Control VF recomendado | Ventaja principal | Limitación |
|---|---|---|---|---|
| Asíncrono (jaula) | Inducción electromagnética | U/f, VVC⁺, Flux Vector | Robusto, económico, universal | Slip, eficiencia media |
| PM Interior (IPM) | Imanes permanentes interiores | Flux Vector con AMA | IE4+, torque de reluctancia adicional | Riesgo por Back EMF |
| PM Superficie (SPM) | Imanes permanentes en superficie | Flux Vector sinusoidal | Alta eficiencia a toda velocidad | No campo debilitado fácil |
| SynRM | Reluctancia sincrónica | Flux Vector con Ld/Lq | Sin imanes → IE4, bajo costo rotor | Requiere VF específico |
| LSPM | Híbrido: arranca como asíncrono | U/f o directo a red | Alta eficiencia sin VF posible | Torque arranque reducido |
| BLDC / EC | Conmutación electrónica | Control trapezoidal o sinusoidal | Muy alta eficiencia en potencias pequeñas | Rizado de torque en bloque |
1.3 Clases de eficiencia IE — Guía práctica
| Clase | Eficiencia típica (15kW) | Norma | Recomendación | Acción SEIVARSA |
|---|---|---|---|---|
| IE1 | ~89.8% | IEC 60034-30-1 | Obsoleto | No cotizar en nuevas instalaciones |
| IE2 | ~91.4% | IEC 60034-30-1 | Mínimo aceptable | Solo si hay restricción de presupuesto |
| IE3 | ~92.6% | IEC 60034-30-1 | Recomendado | Estándar en nuevas instalaciones |
| IE4 | ~93.6% | IEC 60034-30-1 | Óptimo con VF | Especificar con SynRM o PM + VF Danfoss |
🧮 Calculadora 5 — Eficiencia del Motor y Pérdidas
CALC 05 Eficiencia, pérdidas totales y consumo real
η = P₂/P₁ Pérdidas = P₁ – P₂ P₁ = P₂/η
✅ Resultado
Potencia absorbida P₁
—
kW
Pérdidas totales
—
W
Energía anual consumida
—
kWh/año
Costo anual energía
—
$/año
2
Variadores de Frecuencia — Arquitectura y Control
Rectificador, DC Bus, inversor IGBT, PWM, métodos de control y principios Danfoss
2.1 Bloques del VF con circuito intermedio
1️⃣ Rectificador
- Convierte CA → CD pulsante
- Tipos: no controlado (diodos B6), semi, totalmente controlado (tiristores), AFE (IGBTs)
- Tensión DC ≈ 1.35 × U_red (promedio) o 1.41 × U_red (pico)
2️⃣ Circuito Intermedio (DC Bus)
- Suaviza la CD pulsante → CD estable
- Capacitores electrolíticos + inductor DC (choke)
- Energía de reserva para transitorios
- Tensión típica 400V red → 540–565 VDC
3️⃣ Inversor (IGBT)
- Convierte CD → CA variable en f y V
- 6 IGBTs en 3 ramas
- Diodo en antiparalelo por cada IGBT
- Genera la frecuencia del motor
4️⃣ Tarjeta de Control
- El “cerebro” del VF
- Procesa algoritmos de control (VVC⁺, Flux)
- Interfaces de comunicación (Modbus, Profibus)
- Protecciones del motor y del VF
🧮 Calculadora 6 — Tensión del Bus DC
CALC 06 Tensión del circuito intermedio y límites de operación
U_DC_nom ≈ 1.35 × U_red U_DC_pico ≈ 1.41 × U_red U_DC_trip ≈ 1.83 × U_red
Ejemplo: Red 400V → U_DC_nom = 540V, U_DC_pico = 565V, Trip de sobretensión ≈ 730V
✅ Resultado
U_DC nominal (promedio)
—
VDC
U_DC pico teórico
—
VDC
Nivel de alarma sobretensión (≈)
—
VDC
Nivel de disparo sobretensión (≈)
—
VDC
🧮 Calculadora 7 — Back EMF y Velocidad Crítica (Motor PM)
CALC 07 Velocidad mínima de arranque y velocidad crítica para motores PM
n_encendido = (U_DC_on / U_BackEMF@1000) × 1000 n_crítica = (U_DC_trip / (U_BEMF@1000 × √2)) × 1000
Ejemplo: Motor PM, U_BEMF = 100V@1000RPM, VF 400V (U_DC_trip = 800V) → n_crítica = 5,657 RPM. Sobre esta velocidad el VF puede dañarse si se desconecta.
✅ Resultado
n mínima de encendido
—
RPM
n crítica (peligro)
—
RPM
U_BEMF a n_crítica (RMS)
—
V
⚠️ Instalar siempre resistencia de frenado en motores PM si la velocidad puede superar n_crítica durante un disparo del VF.
2.2 Métodos de Control — Comparativa Técnica
| Método | Rango vel. | Precisión | T arranque | Resp. veloc. | Resp. torque | Uso típico |
|---|---|---|---|---|---|---|
| U/f simple | 1:15 | ±3% | 40–70% | 500 ms | — | Motores en paralelo, motores especiales |
| U/f con comp. | 1:25 | ±1% | 40–90% | 200–500 ms | — | Bombas, ventiladores, conveyors simples |
| VVC⁺ / Vec. espacial OL | 1:100 | ±0.5% | 80–130% | 50–300 ms | 20–50 ms | La mayoría de aplicaciones industriales |
| Vec. espacial CL | 1:1,000–10K | Encoder | 80–130% | 50–300 ms | 20–50 ms | Donde se requiere encoder para precisión |
| Flux Vector OL | 1:50 | ±0.5% | 100–150% | 50–200 ms | 0.5–5 ms | Izaje ligero, extrusoras, centrifugadoras |
| Flux Vector CL | 1:10,000 | Encoder | 100–150% | 5–50 ms | 0.5–5 ms | Grúas, izadores, máquinas herramienta |
| Servo | 1:10,000 | Sub-encoder | 150–300% | <1 ms | <1 ms | CNC, robótica, embobinadoras |
2.3 Modulación PWM — Tensión de salida máxima
Tensión de salida con modulación sinusoidal pura
U_sal_línea = 0.866 × U_red → Solo 86.6% de la tensión de red
Para obtener 100% se inyecta el
Danfoss VVC⁺ usa SFAVM (abajo de 75°C en disipador) y 60° AVM (arriba de 75°C) para optimizar pérdidas.
3er armónico en la referencia (+15.5%).Danfoss VVC⁺ usa SFAVM (abajo de 75°C en disipador) y 60° AVM (arriba de 75°C) para optimizar pérdidas.
3
VF y Motores — Operación Conjunta
Control U/f, característica 87 Hz, compensaciones, rampas y frenado
🧮 Calculadora 8 — Relación U/f y Frecuencia de Campo Débil
CALC 08 Razón U/f, tensión de salida a cualquier frecuencia y punto de campo débil
U/f = U_nom / f_nom U_sal(f) = (U/f) × f f_campo_débil = U_max / (U/f)
Ejemplo: Motor 400V/50Hz → U/f = 8 V/Hz. A 30 Hz: U_sal = 240V. Campo débil comienza a 50 Hz (cuando VF ya no puede subir más la tensión).
✅ Resultado
Razón U/f
—
V/Hz
U salida @ frecuencia consult.
—
V
Frecuencia de campo débil
—
Hz
🧮 Calculadora 9 — Característica 87 Hz (Extensión de Velocidad)
CALC 09 Potencia y frecuencia máxima en configuración delta a 87 Hz
P_Δ(87Hz) = √3 × U_red × I_Δ × cosφ × η f_87 = U_red / (U_delta_motor / f_nom)
Ejemplo motor 15kW: En delta con VF 400V hasta 87 Hz → P ≈ 26.4 kW. Casi el doble que en estrella a 50 Hz.
✅ Resultado Característica 87 Hz
Frec. campo débil (estrella)
—
Hz
Frec. campo débil (delta)
—
Hz
Potencia en estrella (50 Hz)
—
kW
Potencia en delta (87 Hz)
—
kW
Ganancia de potencia
—
%
⚠️ El VF debe soportar la corriente en delta (I_Δ). Verificar que la potencia del motor soporte la operación a 87 Hz. Solo posible con VF, NO en arranque directo a red.
🧮 Calculadora 10 — Tiempo de Aceleración y Desaceleración
CALC 10 Tiempos de rampa con momento de inercia y torques del sistema
t_acc = J × (n₂–n₁) / (9.55 × (T_acc – T_fric)) t_dec = J × (n₂–n₁) / (9.55 × (T_dec + T_fric))
Ejemplo: J=0.042 kg·m², 0→1450 RPM, T_N=27 Nm, T_fric=1.35 Nm → t_acc ≈ 0.66 s
✅ Resultado
Tiempo mínimo aceleración
—
segundos
Tiempo mínimo desaceleración
—
segundos
Energía cinética rotor
—
J (Joules)
ℹ️ Programar la rampa del VF con al menos 20–30% más del tiempo calculado para asegurar operación sin llegar al límite de corriente.
🧮 Calculadora 11 — Compensación de Slip (Frecuencia de Compensación)
CALC 11 Frecuencia de compensación de slip que el VF agrega automáticamente
f_slip_nominal = (n₀ – n_nom) × p / 60 f_comp = f_slip × (I_carga – I_mag) / (I_nom – I_mag)
Ejemplo: Motor 4 polos, n_nom=1455 RPM, I_nom=27.5A, I_mag=12A → f_slip=1.5 Hz. Con carga nominal el VF produce 51.5 Hz para que el motor gire a 1,500 RPM reales.
✅ Resultado
Frecuencia de slip nominal
—
Hz
Compensación activa
—
Hz
Frecuencia real de salida VF
—
Hz (a 50 Hz ref.)
4
Ahorro de Energía con Variadores de Frecuencia
Leyes de afinidad, eficiencia del sistema, ciclo de vida, ROI y análisis económico
🧮 Calculadora 12 — Leyes de Afinidad (Bombas y Ventiladores)
CALC 12 Caudal, presión y potencia al cambiar la velocidad
Q₂/Q₁ = n₂/n₁ H₂/H₁ = (n₂/n₁)² P₂/P₁ = (n₂/n₁)³
Ejemplo: Bomba 55 kW, reducción de velocidad 20% (1450→1160 RPM) → P₂ = 55 × (0.8)³ = 28.2 kW. Ahorro de 26.8 kW = 48.7%
✅ Resultado Leyes de Afinidad
Nuevo caudal Q₂
—
unidades
Nueva presión H₂
—
unidades
Nueva potencia P₂
—
kW
Reducción de velocidad
—
%
Ahorro de potencia
—
kW
% Ahorro potencia
—
%
🧮 Calculadora 13 — Ahorro Energético Anual y ROI del VF
CALC 13 Ahorro anual en pesos y tiempo de retorno de inversión
Ahorro_anual = (P₁ – P₂) × h_año × c_kWh ROI [meses] = Costo_VF / (Ahorro_anual / 12)
Ejemplo SEIVARSA: Bomba 55kW → 28kW, 6000h/año, $2.80/kWh, VF $85K + inst. $12K → Ahorro $453,600/año → ROI 2.6 meses
✅ Análisis Económico Completo
Ahorro de potencia
—
kW
Ahorro energía/año
—
kWh/año
Ahorro económico/año
—
$MXN/año
Inversión total
—
$MXN
ROI (retorno inversión)
—
meses
Ahorro en 5 años (neto)
—
$MXN
🧮 Calculadora 14 — Costo de Ciclo de Vida Simplificado (LCC)
CALC 14 Comparación LCC con VF vs. sin VF en 10 años
LCC = C_inicial + C_instalación + C_energía + C_mantenimiento + C_tiempo_paro
✅ Análisis LCC a — años
LCC sin VF
—
$MXN
LCC con VF
—
$MXN
Ahorro neto total
—
$MXN
% Ahorro sobre inversión
—
veces la inversión
5
Compatibilidad Electromagnética (EMC)
EMI, corriente de modo común, blindaje, puesta a tierra y normas
🧮 Calculadora 15 — Corriente de Modo Común (CMC) en Cable de Motor
CALC 15 Estimación de corriente de modo común por conmutación IGBT
I_cm = C_cm × (ΔU / Δt) donde ΔU ≈ U_DC, Δt ≈ tiempo de conmutación IGBT
Ejemplo: Cable 50m, C_parásita = 10nF, U_DC = 560V, t_conv = 0.5µs → I_cm = 10×10⁻⁹ × (560/0.5×10⁻⁶) = 11.2 A pico
✅ Resultado
du/dt de conmutación
—
V/µs
Corriente CMC pico
—
A pico
Recomendación de cable
—
5.1 Reglas de instalación EMC para VF
| # | Regla | Razón técnica | Consecuencia si no se cumple |
|---|---|---|---|
| 1 | Cable motor apantallado con conexión 360° en ambos extremos | Retorna CMC al VF, no a la red | Interferencia en otros equipos, posible disparo de protecciones |
| 2 | NO usar coleta (pigtail) en el blindaje del cable | Pigtail aumenta Z_transferencia exponencialmente | El blindaje pierde efectividad casi completamente |
| 3 | Separar cables de motor de cables de señal (≥20 cm) | Evita inducción de ruido en señales de control | Señales de referencia ruidosas, comportamiento errático del VF |
| 4 | Usar señales 4–20 mA en lugar de 0–10V cuando sea posible | Menor susceptibilidad a ruido; cable roto detectable | Ruido en referencia → velocidad variable no deseada |
| 5 | Cable de tierra PE ≥ 10 mm² si I_fuga > 3.5 mA | Norma IEC 61800-5-1 para protección personal | Riesgo eléctrico para operadores |
| 6 | Instalar filtro EMC en la entrada del VF para categoría C1/C2 | Limita armónicos de alta frecuencia hacia la red | Incumplimiento normativa CE / Directiva EMC |
5.2 Categorías EMC IEC/EN 61800-3
| Categoría | Clase EN 55011 | Entorno | Requisitos |
|---|---|---|---|
| C1 | Clase B (más estricta) | Residencial / Doméstico | Filtro EMC obligatorio, cables cortos |
| C2 | Clase A Grupo 1 | Industrial con presencia residencial | Filtro EMC recomendado |
| C3 | Clase A Grupo 2 | Industrial estándar (2ª distribución) | Filtro DC inductor típicamente suficiente |
| C4 | Sin límites definidos | Industrial alta potencia (>100A) | Plan EMC específico por instalación |
6
Protección Eléctrica
Sistemas de puesta a tierra, fusibles, RCD y seguridad personal
🧮 Calculadora 16 — Resistencia Mínima de Frenado (Chopper)
CALC 16 Resistencia mínima y potencia de la resistencia de frenado
R_min = U_DC² / P_motor P_resistencia = U_DC² / R_seleccionada
Ejemplo: VF 400V (U_DC=560V), motor 15kW → R_min = 560²/15,000 = 20.9 Ω. Seleccionar R ≥ R_min.
✅ Resultado
Resistencia mínima R_min
—
Ω
Potencia pico en resistencia
—
kW pico
Potencia promedio (ciclo duty)
—
kW promedio
Corriente pico en resistencia
—
A
6.1 Sistemas de puesta a tierra y VF
| Sistema | Descripción | EMC | VF compatible | Notas México |
|---|---|---|---|---|
| TN-S | N y PE separados en todo el circuito | Excelente | ✅ Preferido | Recomendado en instalaciones nuevas |
| TN-C-S | PEN compartido hasta el tablero, separados dentro | Bueno | ✅ Aceptable | El más común en México (NOM-001-SEDE) |
| TN-C | N y PE combinados en todo el circuito | Regular | ⚠️ Evitar | Corrientes de alta frecuencia en PE |
| TT | Tierra local independiente en consumidor | Bueno | ✅ Con RCD | Requiere RCD tipo A o B |
| IT | Red flotante, sin conexión a tierra | Malo | ⚠️ Especial | Desconectar filtros EMC del VF. Hospitales, offshore |
7
Armónicos e Interferencia en la Red
THD, factor de potencia real, filtros y herramientas de análisis
🧮 Calculadora 17 — Triángulo de Potencias (S, P, Q)
CALC 17 Potencia activa, reactiva, aparente y factor de potencia
S² = P² + Q² cos φ = P/S tan φ = Q/P [kVA, kW, kVAR]
Ejemplo: 400V, 27.5A, cos φ = 0.88 → S = 19.05 kVA, P = 16.76 kW, Q = 9.01 kVAR
✅ Resultado
Potencia aparente S
—
kVA
Potencia activa P
—
kW
Potencia reactiva Q
—
kVAR
Ángulo φ
—
grados
🧮 Calculadora 18 — THD y Factor de Potencia Real
CALC 18 Distorsión armónica total y factor de potencia real con armónicos
THD = √(I₂²+I₃²+…+Iₙ²) / I₁ × 100% PF = DPF / √(1 + THD²/100²) I_RMS = I₁ × √(1+(THD/100)²)
Ejemplo: Rectificador 6P: I₁=30A, THD=40%, DPF=0.95 → I_RMS=31.4A, PF real=0.921 (vs 0.95 aparente)
✅ Resultado
Corriente RMS total
—
A
Factor de potencia real PF
—
—
Exceso de corriente por THD
—
%
Contenido armónico I_harm
—
A
7.1 Métodos de mitigación de armónicos — Guía de selección
| Método | THDi resultante | Ventajas | Desventajas | Costo relativo |
|---|---|---|---|---|
| Sin mitigación (6 pulsos) | >80% | Ninguna | Incumple normas, sobrecalentamiento transformadores | — |
| Inductor DC | 35–45% | Sin caída de tensión, mayor V en bus DC, protege capacitores | Solo atenuación parcial | Bajo |
| Inductor CA | 35–45% | Protege contra transitorios de red | Caída de tensión ~4% | Bajo |
| Filtro pasivo AHF5/10 | <5–10% | Alto rendimiento, sin electrónica activa | Voluminoso, específico para modelo VF | Medio |
| Rectificador 12/18 pulsos | <8–10% | Robusto, sin electrónica activa | Requiere transformador de desfase, muy grande | Alto |
| AFE (Active Front End) | <5% | Regenerativo, 4 cuadrantes, THD mínimo | Máximo costo, más pérdidas en standby | Muy alto |
| Filtro activo AAF | <5% | Flexible, compensación grupal o central, sin AFE | Complejo, requiere programación | Alto |
8
Interfaces de Comunicación y Control
HMI, RS-485, Fieldbus, Ethernet industrial y selección por PLC
8.1 Guía rápida de selección de protocolo según PLC del cliente
| PLC del cliente | Protocolo recomendado | Tarjeta VF Danfoss | Velocidad | Notas |
|---|---|---|---|---|
| Rockwell / Allen-Bradley | EtherNet/IP | MCA 121 | 100 Mbps | El más común en México industrial |
| Siemens S7/TIA Portal | PROFINET | MCA 122 | 100 Mbps | Alta penetración en automotriz |
| Schneider Electric | Modbus TCP o Profibus | MCA 101 / 101 | 12 Mbps / 100 Mbps | Verificar serie del PLC |
| Mitsubishi / Yaskawa | EtherCAT o Modbus | MCA 124 / MCA 101 | Hasta 1 Gbps | Alta velocidad para posicionamiento |
| Genérico / básico | Modbus RTU (RS-485) | FC nativo | 9.6–115.2 kbps | Universal, sin costo extra |
| Solo velocidad fija/preinst. | Entradas digitales + analógicas | Terminales nativos | — | Más económico, sin red |
🤝
Proceso de cotización SEIVARSA: Siempre preguntar al cliente: (1) ¿Tiene PLC? ¿Cuál marca/modelo? (2) ¿Requiere monitoreo remoto? (3) ¿Cuántos VF en la misma red? Esto determina si se necesita tarjeta de comunicación adicional y qué protocolo especificar.
8.2 Señales I/O estándar del VF
| Terminal | Tipo | Función típica | Nivel de señal |
|---|---|---|---|
| DI 18–33 | Entrada digital | Start, Stop, Marcha atrás, Reset, Velocidades preset | 24 VDC |
| AI 53 | Entrada analógica | Referencia de velocidad principal | 0–10V o 4–20mA |
| AI 54 | Entrada analógica | Retroalimentación del proceso (sensor) | 0–10V o 4–20mA |
| DO | Salida digital | Motor en marcha, Alarma, Límite de par | 24 VDC / 8 mA |
| Relé 1,2,3 | Salida relé | Marcha, falla, límite, freno externo | 240 VAC / 2A |
| AO 42 | Salida analógica | Frecuencia actual, corriente actual, torque | 0–10V o 4–20mA |
| RS-485 (68,69) | Comunicación | Modbus RTU, USS, otros protocolos | ±1.5V diferencial |
9
Dimensionamiento y Selección de VF
Corriente, sobrecarga, derating por temperatura/altitud, cables y checklist
🧮 Calculadora 19 — Selección de VF por Corriente y Sobrecarga
CALC 19 Corriente mínima requerida del VF considerando sobrecarga
I_VF_mín = I_motor × (sobrecarga% / 100) I_VF_continuo_mín = I_motor
Ejemplo Ciudad de México (2,240 m.s.n.m., 35°C): Motor 30A, sobrecarga 160%, altitud requiere derating del VF. Resultado: VF debe tener I_nom > 30A con capacidad 48A sobrecarga.
✅ Resultado Selección
I continua mínima del VF
—
A
I de sobrecarga requerida
—
A / 60 s
Factor de derating temperatura
—
—
Factor de derating altitud
—
—
I VF recomendada (con derating)
—
A mínimo
Modo de selección sugerido
—
🧮 Calculadora 20 — Comparativa de Arranque: DOL vs Estrella-Delta vs VF
CALC 20 Corrientes de arranque y comparativa de métodos
I_arranque_DOL ≈ 6–8 × I_nominal I_arranque_Y/Δ ≈ 2–2.5 × I_nom I_arranque_VF ≈ 1.0–1.6 × I_nom
Ejemplo: Motor 30A, arranque DOL 7×I_nom → 210A de pico vs VF al 160% → 48A. El VF reduce la corriente de arranque en 77%.
✅ Comparativa de Arranque
Arranque DOL (directo)
—
A pico
Arranque Estrella-Delta
—
A (transición)
Arranque con VF
—
A máximo
Reducción DOL→VF
—
%
✅ Menor corriente de arranque = menor caída de tensión en la red, menor estrés térmico en devanados del motor y menores picos en la factura de demanda CFE.
9.1 Checklist completo para cotización de VF — SEIVARSA
| # | Dato a solicitar | ¿Dónde encontrarlo? | Impacto en selección |
|---|---|---|---|
| 1 | Potencia y corriente nominal del motor | Placa de motor o catálogo | Base de selección — usar corriente, NO solo kW |
| 2 | Tensión de alimentación disponible | Tablero del cliente | Determina la familia de VF (200V, 400V, 690V) |
| 3 | Frecuencia de red (50 o 60 Hz) | CFE en México siempre 60 Hz | Velocidades sincrónicas y U/f |
| 4 | Tipo de carga (variable o constante) | Descripción de la aplicación | Define modo HO o NO y sobrecarga |
| 5 | Temperatura ambiente máxima | Condiciones del sitio | Derating si >40°C |
| 6 | Altitud de la instalación | Ciudad del proyecto | Derating si >1,000 m. ¡México D.F. = 2,240 m! |
| 7 | Longitud del cable VF–Motor | Layout de planta | Filtros de salida si >75 m (apantallado) |
| 8 | ¿Existe PLC? ¿Marca y modelo? | Lista de control del cliente | Tipo de tarjeta de comunicación a especificar |
| 9 | Grado de protección IP requerido | Descripción del entorno | IP20 gabinete, IP55/66 descentralizado |
| 10 | ¿Se requiere frenado rápido? | Descripción del proceso | Resistencia de frenado o AFE |
| 11 | ¿Requiere STO / SIL para seguridad? | Normativa de la planta (ISO 13849) | Tarjeta de seguridad MCB 112 |
| 12 | ¿Hay restricciones de armónicos? | Contrato de suministro CFE | Filtro DC choke, AHF o AFE |
9.2 Factores de derating — Ciudad de México y principales ciudades
| Ciudad | Altitud aprox. | Factor derating VF | Implicación |
|---|---|---|---|
| Ciudad de México / CDMX | 2,240 m | ~0.94 (–6%) | Seleccionar VF con 6% más de corriente nominal |
| Guadalajara, Jalisco | 1,560 m | ~0.97 (–3%) | Considerar derating leve |
| Monterrey, Nuevo León | 540 m | ~1.00 (sin derating) | Sin efecto práctico |
| Puebla | 2,160 m | ~0.94 (–6%) | Similar a CDMX |
| Querétaro | 1,820 m | ~0.96 (–4%) | Considerar derating |
| Toluca, Edo. México | 2,667 m | ~0.92 (–8%) | Derating significativo, siempre aplicar |
| Veracruz / Cancún | ~10 m | 1.00 (sin derating) | Sin efecto |
🧮
Panel de Calculadoras Rápidas
Acceso centralizado a todas las calculadoras del manual
⚙️
Calc 1 — P / T / n
Potencia, torque y velocidad del motor
🔄
Calc 2 — Velocidad Sincrónica
n₀, velocidad real con slip, frecuencia de slip
💡
Calc 3 — kW ↔ HP · Corriente
Conversión de unidades y corriente nominal
⭐
Calc 4 — Estrella vs Delta
Relación de corrientes y tensiones Y/Δ
📊
Calc 5 — Eficiencia y Pérdidas
Pérdidas, costo anual de energía del motor
🔋
Calc 6 — Bus DC
Tensión nominal, pico, alarma y disparo
🧲
Calc 7 — Back EMF Motor PM
Velocidad mínima de encendido y velocidad crítica
📐
Calc 8 — Relación U/f
Tensión de salida y frecuencia de campo débil
🔧
Calc 9 — 87 Hz Delta
Extensión de velocidad y ganancia de potencia
⏱️
Calc 10 — Tiempos de Rampa
Aceleración/desaceleración con inercia y torques
🎛️
Calc 11 — Compensación Slip
Frecuencia de compensación automática del VF
💧
Calc 12 — Leyes de Afinidad
Caudal, presión y potencia al cambiar velocidad
💰
Calc 13 — Ahorro y ROI
Ahorro anual en MXN y retorno de inversión
📈
Calc 14 — LCC 10 años
Costo de ciclo de vida con vs sin VF
📡
Calc 15 — Corriente Modo Común
du/dt e interferencia en el cable del motor
🔥
Calc 16 — Resistencia de Frenado
R mínima y potencia del resistor de frenado
⚡
Calc 17 — S, P, Q, cos φ
Triángulo de potencias y factor de potencia
🌊
Calc 18 — THD y PF real
Distorsión armónica y factor de potencia real
🎯
Calc 19 — Selección VF
Corriente mínima con derating por temp. y altitud
🚀
Calc 20 — DOL vs Y/Δ vs VF
Comparativa de corrientes de arranque
✅
Todas las calculadoras están activas y disponibles en sus capítulos correspondientes. Use el menú de navegación en la parte superior o los enlaces del índice para acceder directamente a cada calculadora. Los valores por defecto en cada calculadora son ejemplos típicos de aplicaciones reales en México.
SEIVARSA — Documento Interno
Manual Técnico Interactivo · Variadores de Frecuencia
Para cotizaciones y descuentos, consultar el Documento Maestro Integral con políticas comerciales vigentes. Datos técnicos basados en Danfoss VLT® “Facts Worth Knowing about Frequency Converters” (DKDD.PM.403.A3.02 · 2014).
Equipo técnico de soporte
Ing. Víctor Soto Loya
Servicio Técnico
Juan Luis Gutiérrez F.
Ventas Externas
Carlos Silvestre
Director General · Gerencia Op. y Ventas