Cual es la diferencia entre Controles de PWM y Controles con SCRs?
Los dos tipos más comunes de variadores de velocidad industriales para motores de CC son los Controles con Transistores de PWM y los Controles con SCR.
La diferencia principal entre ellos radica en cómo fragmentan la energía eléctrica de entrada para regular la velocidad del motor.
Un accionamiento PWM (Modulación por Ancho de Pulso) activa y desactiva la alimentación de CC pura miles de veces por segundo mediante transistores de alta velocidad, mientras que un accionamiento SCR (Rectificador Controlado por Silicio) recorta y rectifica la alimentación de CA estándar de 60 Hz utilizando tiristores.
A continuación, se presenta un desglose comparativo basado en indicadores clave de rendimiento:
Comparación fundamental, Características:
Controlador de CC PWM Controlador de CC SCR
Alimentación de entrada
CC pura (requiere una etapa CA estándar
rectificadora independiente) (rectifica y controla simultáneamente)
Frecuencia de conmutación
Alta (de 2 kHz a 20 kHz) Baja (frecuencia de línea de 60 Hz o 120 Hz)
Forma de onda de salida
Pulsos de corriente suaves y continuos Ondas de corriente pulsantes y recortadas
Factor de forma (FF)
Cercano a 1,0 (muy suave) Típicamente de 1,3 a 1,4 (con alto nivel de rizado)
Calentamiento del motor
Bajo (funciona a menor Alto (requiere reducir la potencia nominal
temperatura, prolonga del motor debido al calor generado por el rizado)
la vida útil del motor)
Ruido audible
Prácticamente silencioso Zumbido o gruñido agudo del motor a 120 Hz
Los Variadores con PWM parten de una tensión de CC limpia. Utilizan transistores, como MOSFET o IGBT, para activar y desactivar esta tensión a frecuencias extremadamente altas.
Al variar la anchura de estos pulsos de activación (el ciclo de trabajo), el accionamiento modifica la tensión efectiva. Dado que los pulsos se producen con gran rapidez, la inductancia interna del motor suaviza la corriente, convirtiéndola en un flujo constante.
Variadores de CC con SCR
Los accionamientos SCR toman la tensión de línea de CA bruta y utilizan tiristores para recortar la onda sinusoidal a bajas frecuencias (60 Hz o 120 Hz). El accionamiento retrasa el "ángulo de disparo" del SCR para capturar solo una fracción de cada onda de CA.
Esto rectifica simultáneamente la CA a CC y reduce la tensión media. La potencia resultante se entrega en pulsos bruscos y diferenciados.
Calentamiento y eficiencia del motor
El factor de forma
La suavidad de la corriente de salida se mide mediante su factor de forma (FF). Una corriente continua (CC) pura y perfecta tiene un factor de forma de 1,0.
Los variadores PWM logran un factor de forma muy cercano a 1,01. La corriente es excepcionalmente suave, lo que minimiza las pérdidas internas por calentamiento (efecto Joule o I²R) en el inducido del motor. Los variadores SCR tienen un factor de forma que oscila entre 1,3 y 1,5. Las grandes fluctuaciones de corriente no contribuyen al par motor, pero generan un calor considerable en los devanados del motor. Por ello, a menudo es necesario aplicar una reducción de potencia nominal (*derating*) a los motores que funcionan con variadores SCR (haciéndolos operar por debajo de su potencia máxima nominal) para evitar el sobrecalentamiento.
3. Rango de velocidad y rendimiento del par
Los variadores PWM ofrecen un par excelente a bajas velocidades y un amplio rango de velocidad (a menudo de 100:1 o superior). Dado que la corriente fluye de manera uniforme incluso a bajas velocidades, el motor no presenta irregularidades en el giro (*cogging*), sacudidas ni paradas bruscas a bajas RPM. Los variadores SCR tienen dificultades a velocidades muy bajas (generalmente limitados a un rango de 20:1). A bajas RPM, los pulsos de potencia están demasiado espaciados, lo que provoca que el motor gire con un efecto de irregularidad (*cogging*) perceptible y pierda eficiencia en la entrega de par.
4. Costo y aplicaciones industriales
Los variadores PWM son más complejos y más costosos debido a su avanzada tecnología de transistores y a los componentes de filtrado. Son la opción preferida para aplicaciones de precisión, motores pequeños de baja potencia (fraccionaria) y entornos donde es necesario minimizar el ruido y el calor del motor.
Los variadores SCR son robustos, increíblemente fiables y muy rentables, especialmente en niveles de alta potencia (desde 5 HP hasta miles de HP). Se utilizan ampliamente en entornos industriales pesados, como cintas transportadoras, extrusoras y prensas de impresión, donde la potencia bruta y la durabilidad son más importantes que un funcionamiento suave a bajas velocidades.
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