Motores de frecuencia variable versus motores de frecuencia de línea: diferencias en el diseño electromagnético y los sistemas de aislamiento

La diferencia esencial entre los motores de frecuencia de línea y los motores de frecuencia variable radica en la discrepancia fundamental de sus objetivos de diseño: los motores de frecuencia de línea están optimizados solo para condiciones operativas nominales bajo una fuente de alimentación de frecuencia de línea fija (típicamente 50 Hz/60 Hz) y están diseñados originalmente para lograr un funcionamiento estable a una frecuencia única y velocidad fija. Por el contrario, los motores de frecuencia variable están hechos a medida para condiciones de trabajo de frecuencia variable que se adaptan a un amplio rango de frecuencia (p. ej., 0–100 Hz) y regulación dinámica de velocidad; deben garantizar confiabilidad y eficiencia en diferentes velocidades y cargas. Esta diferencia en los objetivos de diseño pasa directamente por dimensiones clave como la estructura electromagnética, el sistema de aislamiento y el diseño térmico, definiendo en última instancia las características de rendimiento y los escenarios de aplicación de los dos tipos de motores.

Desde la perspectiva del diseño electromagnético, el área de la sección transversal de los conductores de devanado en los motores de frecuencia de línea se dimensiona únicamente en función de la corriente nominal, sin tener en cuenta los problemas de pérdidas durante el funcionamiento de alta frecuencia. Sus núcleos de hierro están hechos en su mayoría de láminas de acero al silicio convencionales, que tienden a generar importantes corrientes parásitas y pérdidas por histéresis a altas frecuencias. Además, el entrehierro entre el estator y el rotor es relativamente pequeño, lo que hace que los armónicos de alta frecuencia sean propensos a inducir pérdidas adicionales. Por otro lado, para hacer frente a un amplio rango de frecuencia, los motores de frecuencia variable emplean devanados enrollados con múltiples hilos de conductores delgados para reducir el efecto superficial de alta frecuencia, adoptan láminas de acero al silicio de bajas pérdidas para minimizar la pérdida de hierro y aumentan adecuadamente el entrehierro. Estas medidas reducen el par adicional y las pérdidas causadas por los armónicos de alta frecuencia, mejorando así la estabilidad operativa a bajas velocidades.

Las diferencias en los sistemas de aislamiento son igualmente críticas. Los motores de frecuencia de línea adoptan en su mayoría materiales de aislamiento convencionales Clase B o Clase F, cuyas clasificaciones de resistencia a la temperatura solo pueden cumplir con los requisitos de las condiciones operativas de frecuencia de línea nominales. Cuando se exponen a entornos de alta frecuencia, los voltajes de alta frecuencia tienden a inducir descargas parciales y acelerar el envejecimiento del aislamiento.

Por el contrario, los motores de frecuencia variable están equipados con sistemas de aislamiento especializados resistentes a altas frecuencias y corona (generalmente aislamiento Clase H). Se selecciona un barniz aislante anti-corona y los devanados utilizan cables magnéticos resistentes a la corona dedicados a motores de frecuencia variable. Además, se aplica un tratamiento de aislamiento reforzado a los extremos del devanado. Estos diseños previenen eficazmente fallas de aislamiento causadas por fallas de voltaje de alta frecuencia o descargas parciales, extendiendo así la vida útil de los motores en condiciones de operación de frecuencia variable.