El tamaño correcto rara vez sale de comparar dos casillas de potencia. Se obtiene al cruzar la corriente real del motor, el par requerido en cada punto del ciclo, la capacidad de sobrecarga, la red disponible, el frenado y el ambiente donde trabajará el equipo.
01El criterio que manda: corriente y servicio, no solo kW
En catálogos se usan como equivalentes convertidor AC, variador de frecuencia, VFD o VSD. El equipo rectifica la tensión de red, mantiene energía en un bus de continua y sintetiza una salida de frecuencia y tensión variables. Su selección debe tratarlo como parte de un sistema convertidor–motor–carga, no como un accesorio aislado.
La potencia en kW sirve para ubicar una familia, pero la comprobación final se hace con la corriente nominal de salida a la tensión de trabajo y con la corriente admisible durante la sobrecarga. Dos motores de 30 kW pueden tener corrientes diferentes por eficiencia, factor de potencia, número de polos o diseño. Además, una referencia catalogada para servicio normal puede entregar menos corriente continua cuando se configura para servicio pesado.
Placa del motor
Tensión, corriente, frecuencia, velocidad, potencia, cos φ, eficiencia, conexión y clase de aislamiento.
Perfil de carga
Par, velocidad, aceleraciones, inversión, atascos previsibles y tiempo en cada condición.
Condiciones reales
Red, temperatura, altitud, envolvente, ventilación, cable del motor y calidad de energía.
02Caracterizar la red antes de abrir el catálogo
La selección empieza aguas arriba. Registre tensión nominal, tolerancia, frecuencia, número de fases, esquema de puesta a tierra, nivel de cortocircuito disponible y perturbaciones conocidas. El variador debe admitir el intervalo real de tensión, no únicamente el valor escrito en el diagrama unifilar.
- Tensión y fases: confirme si la entrada es 200–240 V, 380–480 V, 500–600 V u otra clase. La salida de un VFD convencional no eleva por sí sola una tensión insuficiente.
- Caídas y desequilibrio: una red débil, un alimentador largo o cargas pulsantes pueden provocar subtensión del bus DC. El desequilibrio aumenta la solicitación del rectificador y los condensadores.
- Impedancia y cortocircuito: verifique la capacidad de interrupción y el tipo de fusible o interruptor indicado por el fabricante. En redes «rígidas» puede requerirse reactancia de línea o solución equivalente.
- Transformador y generador: compruebe potencia, impedancia, regulación y respuesta ante la corriente no sinusoidal. Un grupo electrógeno no se dimensiona con la misma regla que la alimentación desde red.
- Sistema IT o esquina aterrizada: no asuma compatibilidad. Los filtros EMC internos y dispositivos de supervisión pueden requerir una variante o configuración específica.
Protecciones, seccionamiento y conductores deben seguir el manual de la referencia elegida y el código eléctrico aplicable. La corriente de entrada no tiene por qué coincidir con la corriente de salida al motor.
03Leer el motor: corriente, tensión y rango de velocidad
Tome los datos de la placa y, si existe, la hoja del fabricante. Para un motor ya instalado conviene registrar también la corriente medida en el punto de mayor producción. Si el motor se conectará en triángulo a 230 V o en estrella a 400 V, la tensión de salida del variador y la corriente de placa deben corresponder a esa conexión.
| Dato | Qué decide | Qué debe verificarse |
|---|---|---|
| Corriente nominal | Tamaño térmico mínimo del VFD | Isalida continua del variador ≥ corriente requerida, después de todos los deratings. |
| Tensión / frecuencia | Relación V/Hz y punto base | Conexión de bornes, tensión disponible y compatibilidad del aislamiento. |
| Velocidad nominal | Deslizamiento y rango mecánico | Límites de rodamientos, ventilador, balanceo y carga accionada. |
| Cos φ y eficiencia | Estimación de corriente y pérdidas | No sustituir la corriente de placa por una estimación si el dato está disponible. |
| Aislamiento / servicio VFD | Resistencia a pulsos y temperatura | Longitud de cable, dV/dt, tensión reflejada, filtros y puesta a tierra. |
| Sensor térmico / encoder | Protección y control | Entradas compatibles, módulo opcional y tipo de realimentación. |
Por debajo de la velocidad base, un motor autoventilado pierde capacidad de enfriamiento. Mantener par nominal a baja velocidad durante mucho tiempo puede exigir ventilación independiente o reducción de carga. Por encima de la velocidad base suele aparecer una zona de potencia aproximadamente constante: el par disponible cae y los límites mecánicos pasan a ser decisivos.
04Traducir el proceso a par y tipo de carga
La etiqueta «bomba», «ventilador» o «transportador» orienta, pero no reemplaza la curva de la máquina. El variador se dimensiona para el peor punto real del perfil, incluidas aceleraciones, material acumulado, válvulas, contrapresión, arranques calientes y situaciones anormales que el control permita.
Bombas y ventiladores centrífugos
El par crece aproximadamente con el cuadrado de la velocidad. Suele corresponder a servicio normal, salvo condiciones de proceso o arranque particulares.
Transportadores y extrusores
Demandan par significativo en gran parte del rango. Atascos, fricción de arranque y carga de impacto suelen llevar a servicio pesado.
Bobinadoras y husillos
El par disminuye al aumentar velocidad. Requieren revisar rango de debilitamiento de campo y límites mecánicos.
Para acelerar una inercia, sume el par dinámico al par resistente:
05Sobrecarga, servicio normal/pesado y ciclo térmico
Las siglas ND (normal duty) y HD (heavy duty) no son universales por sí solas. Deben leerse junto con el porcentaje, duración y período de repetición publicados para la familia. Un catálogo puede declarar, por ejemplo, una corriente continua y una sobrecarga breve; otro puede usar una ventana distinta. Compare amperios y tiempo, no solo la etiqueta.
| Condición | Pregunta de selección | Riesgo si se omite |
|---|---|---|
| Arranque cargado | ¿Qué par y por cuánto tiempo exige la primera rampa? | Disparo por límite de corriente o aceleración incompleta. |
| Pico periódico | ¿La sobrecarga se repite antes de recuperar térmicamente? | Acumulación I²t y reducción de vida. |
| Atasco | ¿Debe liberar carga, detenerse o invertir? | Dimensionar para una condición que el proceso debería bloquear. |
| Varias velocidades | ¿Cuál es la corriente RMS del ciclo? | Subestimar el calentamiento aunque cada pico aislado parezca admisible. |
| Multiples motores | ¿Arrancan juntos, se conectan a la salida o llevan protección individual? | Corriente agregada y protección térmica inadecuadas. |
06Ambiente, gabinete y factores de reducción
Los amperios de catálogo suelen estar condicionados por temperatura, altitud, frecuencia de conmutación y método de montaje. Aplique todas las reducciones indicadas por el fabricante; no invente un factor global ni sume márgenes sin identificar su causa.
- Temperatura: calcule con la temperatura dentro del tablero, no con el promedio de la sala. Incluya pérdidas del VFD, reactancias, filtros y otros equipos.
- Altitud: la menor densidad del aire reduce enfriamiento y rigidez dieléctrica. El punto desde el que se aplica derating depende del producto.
- Envolvente: IP20 dentro de gabinete no equivale a un equipo IP55 en campo. Polvo conductor, humedad, condensación y gases corrosivos cambian la construcción requerida.
- Frecuencia de conmutación: elevarla puede reducir ruido audible, pero aumenta pérdidas del inversor y puede disminuir la corriente admisible.
- Montaje: respete separaciones, dirección de flujo y límites para instalación lado a lado. La recirculación de aire caliente invalida el cálculo térmico.
07Frenado: dónde termina la energía de la carga
Al desacelerar una carga de gran inercia o bajar una masa, el motor puede actuar como generador. Esa energía eleva la tensión del bus DC. Si no existe una ruta para administrarla, el variador alarga la rampa o dispara por sobretensión.
Rampa más larga
La energía se disipa gradualmente en pérdidas del sistema. Es simple, pero no sirve cuando la parada debe ser rápida o repetitiva.
Chopper y resistencia
Convierte la energía en calor. Deben dimensionarse potencia de pico, energía por ciclo, ciclo de trabajo y ventilación.
Frente activo o unidad regenerativa
Devuelve energía a la red bajo condiciones compatibles. Añade requisitos de protección, armónicos y coordinación.
Bus DC compartido
Permite intercambiar energía entre ejes motrices y regenerativos, si la arquitectura y protecciones fueron diseñadas para ello.
El freno mecánico de retención y el frenado eléctrico cumplen funciones distintas. En elevación o seguridad de máquina, la secuencia, supervisión y categoría de parada deben diseñarse según la evaluación de riesgos; el VFD no convierte por sí solo un freno mecánico en una función segura.
08Armónicos, EMC y longitud del cable de motor
El rectificador introduce corrientes armónicas en la entrada y el inversor aplica pulsos de frente rápido al motor. Son fenómenos distintos y requieren medidas distintas. La selección debe preverlos desde el unifilar y el layout, no corregirlos al final con «un filtro» genérico.
| Fenómeno | Zona principal | Opciones a evaluar |
|---|---|---|
| Armónicos de corriente | Entrada y red común | Reactancia, choke DC, 12/18 pulsos, filtro pasivo o frente activo; estudio cuando el impacto sea relevante. |
| Interferencia conducida/radiada | Entrada, salida y control | Filtro EMC compatible, gabinete, segregación, cable apantallado y terminación de baja impedancia. |
| dV/dt y tensión reflejada | Cable y bornes del motor | Reactor de salida, filtro dV/dt o sinusoidal según longitud, tensión, aislamiento y manual. |
| Corrientes de rodamientos | Eje, rodamientos y PE | Equipotencialidad HF, cable simétrico, anillo de puesta a tierra del eje, rodamiento aislado o filtro, según potencia y diseño. |
| Resonancia / factor de potencia | Banco de capacitores y red | No instalar capacitores de corrección entre VFD y motor; coordinar compensación y filtros en la entrada. |
La longitud máxima declarada del cable depende de si está apantallado, de la frecuencia de conmutación y del filtro de salida. También influye en la corriente capacitiva que debe entregar el inversor. Si hay varios motores en paralelo, use la longitud total que corresponda al criterio del fabricante.
Categoría EMC según IEC 61800-3
La norma de producto IEC 61800-3 (compatibilidad electromagnética de accionamientos eléctricos de velocidad ajustable) no clasifica el variador por potencia, sino por el entorno donde se instalará y por quién lo pone en marcha. El primer entorno incluye viviendas y locales conectados directamente a la red pública de baja tensión; el segundo entorno es el industrial, alimentado desde un transformador propio y sin conexión directa a la red pública de BT. Cada categoría fija límites de emisión conducida y radiada distintos, y determina si se necesita filtro EMC integrado, filtro externo o cable apantallado.
| Categoría | Entorno / instalación | Aplicación típica | Emisión (equiv. CISPR 11) |
|---|---|---|---|
| C1 | Primer entorno, U < 1000 V | Residencial, comercial ligero | Clase B (más estricta) |
| C2 | Primer entorno, no enchufable, puesta en marcha por profesional | Máquina en entorno mixto | Clase A grupo 1, con advertencia |
| C3 | Segundo entorno, U < 1000 V | Industrial general | Clase A grupo 2; no apto para primer entorno |
| C4 | Segundo entorno, U ≥ 1000 V o I ≥ 400 A, o sistemas complejos | Gran potencia, instalación fija | Se gestiona con un plan EMC de instalación |
Especificar solo «con filtro EMC» es insuficiente: un equipo C3 instalado en un entorno residencial puede incumplir la normativa de emisiones, y un filtro de categoría C1 en un sistema IT o con neutro aterrizado en esquina puede no ser compatible. La familia normativa se completa con IEC 61800-2 (especificaciones de régimen nominal del accionamiento) e IEC 61800-5-1 (seguridad eléctrica), que conviene citar en la hoja de especificación.
09Topología del rectificador y control de armónicos
El armónico de entrada no es un defecto del variador: es una consecuencia directa de cómo su etapa de entrada convierte la corriente alterna en continua. La topología del rectificador define el espectro que el equipo inyecta en la red, y por tanto condiciona reactancias, transformadores desfasadores, filtros y el cumplimiento de IEEE 519. Elegir topología es, en la práctica, elegir cuánto y dónde se paga el problema de los armónicos.
Un rectificador de p pulsos genera de forma característica los armónicos de orden h = p·k ± 1. Un puente de 6 pulsos produce entonces los órdenes 5, 7, 11, 13, …; aumentar el número de pulsos desplaza el primer armónico significativo hacia frecuencias más altas y de menor amplitud.
| Topología de entrada | THD de corriente típica | Armónicos cancelados | Costo / complejidad | Notas de aplicación |
|---|---|---|---|---|
| 6 pulsos sin reactancia | ≈ 70–100 % | Ninguno | Baja | Rara vez aceptable en red compartida; alto riesgo de incumplir límites. |
| 6 pulsos con reactancia de línea 3–5 % o choke DC | ≈ 30–40 % | Ninguno (solo atenúa) | Baja | Solución económica más común; suele necesitar filtro adicional para IEEE 519. |
| 12 pulsos | ≈ 10–15 % | 5.º y 7.º | Media-alta | Requiere transformador desfasador (dos secundarios a 30°); mayor volumen. |
| 18 pulsos | ≈ 5 % ideal (8–10 % en campo) | 5.º, 7.º, 11.º y 13.º | Alta | Transformador de tres secundarios a 20°; buen desempeño pasivo sin electrónica de conmutación. |
| Frente activo (AFE) | < 5 % (típico 2–3 %) | Corriente casi sinusoidal por control PWM | Alta | Bidireccional (permite regeneración), eleva y regula el bus DC; añade pérdidas de conmutación y filtro EMC. |
El desempeño del AFE es comparable al de un rectificador de 18 pulsos, pero sin transformador desfasador y con la ventaja adicional de devolver energía a la red durante el frenado. A cambio introduce sus propios armónicos de conmutación de alta frecuencia, que exigen un filtro de red específico. La regla no es «cuantos más pulsos, mejor» de forma automática: cada topología traslada el problema a un componente distinto (transformador, filtro, electrónica) con costos, pérdidas y volumen diferentes.
Marco de referencia: IEEE 519
La norma IEEE 519-2014 no impone un límite fijo al variador, sino un límite en el punto de acoplamiento común (PCC) que depende de la rigidez de la red, expresada como la relación entre la corriente de cortocircuito disponible (Isc) y la corriente de carga máxima (IL). Una red rígida (relación alta) tolera más distorsión de corriente que una red débil.
| Isc / IL | TDD máxima de corriente (sistemas 120 V–69 kV) |
|---|---|
| < 20 | 5,0 % |
| 20 – 50 | 8,0 % |
| 50 – 100 | 12,0 % |
| 100 – 1000 | 15,0 % |
| > 1000 | 20,0 % |
Del lado de la tensión, IEEE 519 fija por debajo de 69 kV una distorsión armónica individual máxima del 3 % y una THD de tensión del 5 % en el PCC. La TDD (total demand distortion) se refiere a la corriente de carga máxima, no a la instantánea; por eso un variador con THD de corriente elevada a carga parcial puede seguir cumpliendo si su contribución al PCC es pequeña frente al resto de la instalación.
10Bus de continua, rizado y vida de los condensadores
Entre el rectificador y el inversor, el bus de continua almacena energía y desacopla ambas etapas. Los condensadores del bus —normalmente electrolíticos de aluminio— suavizan la tensión rectificada y, sobre todo, suministran los pulsos de corriente que el inversor PWM demanda a alta frecuencia. Su dimensionamiento rara vez aparece en la hoja de selección del usuario, pero determina la vida útil real del equipo y su capacidad de soportar huecos de tensión.
El inversor extrae corriente en pulsos, de modo que por los condensadores circula una corriente de rizado importante. Esa corriente, al atravesar la resistencia serie equivalente (ESR) del condensador, produce calentamiento por efecto I²·R desde dentro del componente. Como la vida de un electrolítico depende de forma exponencial de la temperatura, el rizado es, junto con la temperatura ambiente, el principal factor de envejecimiento.
La energía almacenada en el bus fija cuánto puede «aguantar» el accionamiento ante una caída breve de red antes de disparar por subtensión:
- Rizado de entrada: con un rectificador de 6 pulsos el bus recibe un rizado a seis veces la frecuencia de red (300/360 Hz); una reactancia o un choke DC reducen tanto el rizado como el pico de corriente de carga de los condensadores.
- Temperatura del núcleo: el fabricante especifica una vida a temperatura y rizado nominales. La vida real depende de la temperatura interna del tablero, no de la de la sala; el derating ambiental del capítulo anterior también protege los condensadores.
- Precarga y reformado: el circuito de precarga limita la corriente de irrupción al energizar. Tras un almacenamiento prolongado, algunos electrolíticos requieren reformado antes de aplicar tensión plena.
- Retención ante huecos: si el proceso no tolera paradas por microcortes, la energía del bus, la respuesta ante pérdida de fase y funciones como la recuperación cinética deben verificarse en la especificación, no asumirse.
- Envejecimiento planificado: en equipos críticos, los condensadores del bus son un consumible con vida finita; conviene registrar horas de servicio, temperatura y plan de reemplazo dentro del ciclo de vida de la familia.
11Control, comunicaciones y funciones de seguridad
Dos equipos con los mismos amperios pueden tener capacidades de control muy distintas. Defina primero qué debe hacer el proceso y después elija la plataforma.
- Método de control: V/Hz para exigencias simples; vectorial sin sensor para mejor regulación; encoder o control de par cuando la dinámica y la precisión lo justifiquen.
- Entradas y salidas: cantidad, tipo PNP/NPN, señales 0–10 V o 4–20 mA, relés, entradas de termistor y velocidad de respuesta.
- Comunicaciones: protocolo, topología, perfil de telegrama, tiempo de actualización, diagnóstico, redundancia y política de ciberseguridad de la planta.
- Funciones de proceso: PID, control de bombas, secuencias, límites de par, captura de motor girando, prevención de resonancias y registros de tendencia.
- Seguridad funcional: determine si basta STO o si se requieren SS1, SLS u otras funciones. La capacidad declarada debe integrarse y validarse dentro del sistema de seguridad.
Reserve espacio para módulos de comunicación, encoder, E/S y seguridad. Confirme si las opciones alteran la temperatura admisible, el grado de protección o las certificaciones. Para equipos críticos, defina además repuestos, respaldo de parámetros, herramienta de diagnóstico y ciclo de vida de la familia.
12Ejemplo razonado: transportador de 30 kW
Suponga un transportador con motor de inducción de 30 kW, 400 V y 58 A. Arranca cargado, exige 145 % de par durante 20 s y luego trabaja entre 38 y 52 A. El tablero puede alcanzar 50 °C y está a 1.600 m s. n. m. La parada normal es por rampa; una parada rápida ocasional debe estudiarse por separado.
El ejemplo muestra por qué la referencia final solo puede elegirse con las curvas y tablas del fabricante. Una potencia mayor suele aumentar corriente disponible, pero no garantiza automáticamente la capacidad temporal, el frenado o la compatibilidad ambiental.
13Qué debe contener la hoja de selección y el FAT
Una buena compra deja rastro de cómo se eligió el equipo. La hoja de datos debe permitir que otra persona repita la decisión sin reconstruirla desde correos y capturas de catálogo.
| Bloque | Datos mínimos a registrar |
|---|---|
| Proceso | Máquina, carga, velocidades, par continuo/pico, ciclo, rampas, inversión y frenado. |
| Motor | Fabricante, potencia, tensión, corriente, frecuencia, rpm, conexión, aislamiento, sensor y encoder. |
| Variador | Referencia, tensión, corriente ND/HD, sobrecarga, control, frecuencia de salida y eficiencia/pérdidas. |
| Ambiente | Temperatura interna, altitud, IP, corrosión, montaje, conmutación y deratings aplicados. |
| Red y salida | Cortocircuito, protección, armónicos, EMC, cable del motor, dV/dt, rodamientos y PE. |
| Automatización | E/S, buses, STO/seguridad, parámetros clave, HMI, respaldo y acceso de mantenimiento. |
Pruebas y revisiones antes de liberar
- Revisar placa, bornes y compatibilidad motor–VFD; confirmar que no existan contactores operando en la salida fuera de una secuencia aprobada.
- Verificar protecciones, aprietes, PE, blindajes, ventilación y sentido de giro con el procedimiento de trabajo seguro de la planta.
- Cargar parámetros de motor, ejecutar identificación cuando el fabricante la contemple y documentar versión/archivo de respaldo.
- Probar manual, automático, pérdida de referencia, pérdida de comunicación, alarmas, enclavamientos, parada normal y funciones de seguridad.
- Registrar corriente, tensión de bus, frecuencia, temperatura y comportamiento durante el punto de máxima carga y la peor rampa repetible.
14Preguntas frecuentes
¿Puedo elegir el VFD únicamente por la potencia del motor?
No. La potencia orienta, pero deben comprobarse corriente nominal de salida, sobrecarga, tensión, tipo de carga, ciclo, ambiente y deratings. El valor decisivo suele ser la corriente corregida en la clase de servicio requerida.
¿Conviene sobredimensionar siempre una talla?
No como regla automática. Puede ser correcto tras aplicar derating o para cumplir un pico, pero también cambia protecciones, costos, tamaño y resolución de control. El margen debe tener una causa documentada.
¿Un VFD de servicio normal sirve para un transportador?
Solo si su corriente continua y su envolvente temporal cubren el perfil real del transportador. Muchos transportadores cargados se evalúan como par constante y servicio pesado, especialmente por el arranque y los atascos.
¿Qué ocurre si el cable del motor es muy largo?
Aumentan la corriente capacitiva y los efectos de tensión reflejada. Deben respetarse límites de cable y evaluar reactor de salida, filtro dV/dt o sinusoidal, aislamiento del motor y frecuencia de conmutación.
¿La resistencia de frenado se selecciona con los kW del motor?
No por sí solos. Se calculan energía y potencia del frenado a partir de inercia, velocidad, tiempo, frecuencia de ciclos y aportes gravitatorios; luego se respetan resistencia mínima y límites del chopper.
Referencias técnicas consultadas
- ABB — Technical Guide No. 7: Dimensioning of a drive system.
- NEMA IS 10035-2021 (R2025) — Application Guide for AC Adjustable Speed Drive Systems.
- Danfoss — VLT HVAC Drive Selection Guide.
- IEC 61800-3 — Adjustable speed electrical power drive systems, Part 3: EMC requirements and specific test methods (categorías C1–C4, primer/segundo entorno). Complementarias: IEC 61800-2 (régimen nominal) e IEC 61800-5-1 (seguridad).
- IEEE Std 519-2014 — Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems (límites de TDD de corriente según Isc/IL y THD de tensión en el PCC).
- Consulting-Specifying Engineer — «Back to basics: VFDs and harmonic mitigation» (THD comparada 6/12/18 pulsos y AFE).
- Motion Control Tips — «Benefits of an active front end (AFE) drive» (frente activo y regeneración).
- Power Electronic Tips — «Selecting dc-link capacitors for inverters» (rizado, ESR y vida de los condensadores del bus).
- Manual de hardware, guía de dimensionamiento y tablas de derating de la referencia finalmente seleccionada.
