¿Cómo funciona un regulador de velocidad por transformador para ventiladores?
Los controladores por transformador regulan la velocidad de los ventiladores con motores de corriente alterna (CA) en pasos, reduciendo la tensión del motor. Este control de velocidad escalonado se logra mediante el transformador eléctrico que utilizan, de ahí el nombre "regulador por transformador". Los reguladores de velocidad para ventiladores por transformador son rentables y han demostrado ser muy fiables y robustos. También pueden utilizarse en situaciones donde el suministro eléctrico es inestable. Normalmente, los reguladores por transformador se emplean para controlar la velocidad de ventiladores. La mayoría de los clientes están dispuestos a aceptar la desventaja de una eficiencia energética ligeramente inferior, ya que valoran más la facilidad de uso. Un regulador de velocidad por transformador es uno de los métodos más simples para controlar la velocidad de un motor eléctrico. Tanto la conexión como la puesta en marcha son especialmente sencillas.
Funcionamiento silencioso del motor
Este tipo de reguladores de velocidad para ventiladores son fáciles de instalar. No requieren configuración y pueden utilizarse de inmediato tras su conexión. Gracias a la tecnología de transformador, generan una tensión para el motor con una forma de onda perfectamente sinusoidal, lo que se traduce en un funcionamiento del motor excepcionalmente silencioso y una vida útil prolongada. Más información detallada sobre la tecnología de transformador se encuentra a continuación. La principal ventaja de esta tecnología frente a los reguladores electrónicos con TRIAC es precisamente esta forma de onda sinusoidal perfecta. Un regulador con TRIAC recorta partes de la señal sinusoidal, mientras que un regulador por transformador mantiene su forma, pero la reduce en amplitud.
Ruido zumbante del transformador eléctrico
En un transformador, la corriente alterna genera un campo magnético que cambia constantemente, lo que provoca que el núcleo de hierro vibre a alta frecuencia, lo que percibimos como un ruido zumbante. Estos campos magnéticos pueden causar pequeños movimientos dentro del propio transformador. Los bobinados sueltos, las láminas (chapas) en el núcleo o incluso la carcasa del transformador pueden vibrar ligeramente, lo que produce el sonido zumbante. Es importante tener en cuenta que un cierto nivel de zumbido es normal en los transformadores. Sin embargo, un zumbido excesivamente fuerte puede indicar un problema, como piezas sueltas, sobrecarga o componentes defectuosos. Los transformadores Sentera reciben un recubrimiento especial impregnado que reduce el ruido eléctrico proveniente de los transformadores. Debido a este ruido zumbante, recomendamos siempre instalar el regulador de velocidad para ventiladores con transformador en una sala técnica, donde este ruido no sea perturbador.
Regulación de la velocidad del ventilador mediante la reducción de la tensión del motor
Los reguladores de velocidad para ventiladores por transformador regulan la velocidad del ventilador mediante la reducción de la tensión del motor en pasos. Los controladores de velocidad electrónicos o con TRIAC también regulan la velocidad del motor reduciendo la tensión del motor. La diferencia radica en que los reguladores por transformador lo hacen en pasos, mientras que los controladores con TRIAC lo hacen de manera continua. Ambos tipos de reguladores de velocidad son adecuados solo para motores controlables por voltaje. Se trata de motores eléctricos cuya velocidad se puede controlar bajando la tensión de suministro, mientras que la frecuencia se mantiene constante. Tanto los controladores de velocidad con TRIAC como los de transformador pueden utilizarse en aplicaciones donde el par motor disminuye con la velocidad, como en el control de la velocidad de ventiladores. Controlar la velocidad de los ventiladores con motores de corriente alterna es una de las aplicaciones más comunes de los reguladores de velocidad por transformador. Como se mencionó anteriormente, las mayores ventajas de un regulador de velocidad para ventiladores por transformador son su operación sencilla y su rentabilidad. No se necesita configuración; una vez que todo está conectado, el ventilador se puede controlar de inmediato. La construcción, instalación y puesta en marcha de un regulador de velocidad para ventiladores por transformador es mucho más sencilla que la de controladores de velocidad más complejos, como los inversores de frecuencia, lo que también se traduce en menores costos.
El transformador reduce la tensión de suministro, conocida como la tensión primaria. La tensión reducida que se puede utilizar para alimentar el motor se llama tensión secundaria. La tensión secundaria se reduce según la proporción entre el número de bobinas primarias y el número de bobinas secundarias. Por ejemplo, si la bobina primaria es el doble de tamaño que la bobina secundaria, la tensión secundaria será la mitad de la tensión primaria. El diagrama de principio a la derecha muestra un transformador eléctrico con solo una tensión secundaria. Los transformadores utilizados en los reguladores de velocidad ofrecen cinco tensiones secundarias diferentes. La velocidad del motor se reduce conectando el motor a uno de estos puntos de tensión (tensiones secundarias). Esto se puede hacer girando una perilla, mediante una señal de entrada analógica o mediante un comando enviado a través de la comunicación Modbus RTU. La mayoría de los reguladores de velocidad para ventiladores Sentera permiten seleccionar cinco velocidades diferentes del motor. Algunos modelos permiten una reducción adicional de la velocidad más baja conectando internamente el cable de la velocidad más baja a un punto de tensión aún más bajo en el transformador. Sin embargo, esto no está permitido para todos los tipos de motores. Si la tensión de arranque es demasiado baja, el motor puede no ser capaz de arrancar, lo que puede bloquear el motor con el riesgo de quemarlo.
La corriente máxima que el transformador puede suministrar está determinada por el grosor de los cables de cobre en el bobinado del transformador. La corriente máxima del motor determina el tipo de transformador que debe seleccionarse. Para un motor con corrientes más altas, debe seleccionarse un transformador con un diámetro de cable más grueso. La capacidad máxima de corriente de los transformadores Sentera se muestra claramente en el sitio web. La capacidad máxima de corriente significa: el consumo de corriente del motor (expresado en amperios) cuando el motor funciona a su velocidad máxima. No se debe tener en cuenta la corriente de arranque más alta que ocurre brevemente durante el arranque del motor. Los transformadores Sentera tienen un grosor de cable constante en todo el bobinado, garantizando una mejor calidad del transformador. Muchos competidores ofrecen transformadores más baratos con un grosor variable del cable en el bobinado de la bobina. Como resultado del flujo de corriente eléctrica, los cables de cobre se calientan. Los cables más delgados se calientan más rápido porque tienen una mayor resistencia eléctrica. Cuando el calentamiento se vuelve demasiado fuerte, el aislamiento de los cables de cobre se derrite, lo que provoca un cortocircuito y daño permanente. Cuando esto sucede, el transformador debe ser reemplazado. Las temperaturas ambientales excesivamente altas, el arranque frecuente del motor o un método de instalación con opciones de enfriamiento insuficientes también pueden causar este daño.
AutotransformadoresLos reguladores de velocidad para ventiladores Sentera están equipados con uno o más autotransformadores. Un autotransformador emplea un solo bobinado (bobina) que sirve tanto como bobinado primario como secundario. Se utilizan diferentes puntos de tensión para lograr distintas tensiones de salida. A diferencia del autotransformador, el transformador de aislamiento tiene dos bobinados separados, el primario y el secundario, proporcionando aislamiento eléctrico entre la entrada y la salida.
Un solo bobinado significa que no hay separación galvánica entre el bobinado primario y el secundario. Las bobinas están conectadas directamente, lo que resulta en conectividad no solo electromagnética, sino también eléctrica. Estas características contribuyen significativamente a una mayor eficiencia, ya que solo una parte de la potencia se convierte.
El funcionamiento de un transformador se basa en dos principios básicos:
- La corriente eléctrica variable en el tiempo en la bobina primaria crea un campo electromagnético variable en el tiempo.
- El campo electromagnético crea una corriente eléctrica alterna mediante inducción electromagnética.
El bobinado único de un autotransformador ofrece una construcción más compacta y ligera en comparación con los transformadores convencionales de doble bobinado. Este tipo de transformador se caracteriza por sus dimensiones compactas, alta fiabilidad y larga vida útil. Se utiliza con frecuencia en diversas industrias y procesos de producción, así como para fines domésticos cuando es necesario regular ciertas magnitudes físicas.
Cómo funciona un transformador eléctrico
En este capítulo explicamos en detalle cómo funciona un transformador eléctrico. Un transformador es un dispositivo eléctrico que transfiere energía eléctrica entre dos o más circuitos a través de inducción electromagnética. La inducción electromagnética produce una fuerza electromotriz dentro de un conductor expuesto a campos magnéticos que varían con el tiempo. Los transformadores se utilizan para aumentar o reducir las tensiones alternas en aplicaciones de energía eléctrica.
Se aplica corriente alterna a la bobina primaria del transformador. La corriente que fluye a través de una bobina genera un campo magnético. Dado que la corriente en la bobina primaria es alterna (cambia de dirección constantemente), el campo magnético también sigue cambiando su intensidad y dirección. Este "campo magnético danzante" es crucial para el siguiente paso.
El campo magnético cambiante actúa como una carretera invisible para la energía eléctrica. Corta tanto la bobina primaria como la bobina secundaria. En la bobina secundaria, este campo magnético cambiante crea un fenómeno llamado inducción electromagnética. Esto impulsa a los electrones en la bobina secundaria a moverse, generando una corriente. Funciona de la siguiente manera: cuando el campo magnético alrededor del conductor (bobina secundaria) cambia, empuja los electrones dentro del conductor. Este empujón crea una tensión (Fuerza Electromotriz o FEM) que empuja a los electrones a fluir en una dirección particular, creando una corriente eléctrica. La dirección de la corriente depende de la dirección del cambio en el campo magnético, como lo explica la ley de Lenz.
La tensión en la bobina secundaria depende de dos factores:
- Número de bobinados: El número de vueltas en cada bobina. Si la bobina secundaria tiene más vueltas que la bobina primaria, la tensión será mayor. Por el contrario, menos bobinados en la bobina secundaria resultarán en una tensión más baja.
- Intensidad del campo magnético: La intensidad del campo magnético variable. Un campo magnético más fuerte inducirá una mayor tensión en la bobina secundaria.
Un regulador de velocidad por transformador es robusto y fácil de usar. La desventaja es la menor eficiencia energética en comparación con reguladores de velocidad más complejos. La eficiencia de un transformador es la relación entre su potencia de salida y su potencia de entrada. La menor eficiencia energética de un regulador de velocidad por transformador se debe a:
- Pérdidas por histéresis: Cuando el campo magnético en el núcleo invierte su dirección (lo que sucede constantemente en los transformadores de corriente alterna), el material experimenta una reorganización microscópica de su estructura interna. Este proceso de ida y vuelta consume una pequeña cantidad de energía, que aparece como pérdida de calor.
- Pérdidas por corrientes de Foucault: El campo magnético cambiante también induce pequeñas corrientes circulantes dentro del propio núcleo de hierro. Estas corrientes de Foucault calientan el núcleo, representando otra forma de pérdida en vacío.
- Pérdidas I²R: Este es el clásico efecto de calentamiento Joule. La corriente (I) que fluye a través de la resistencia (R) de los cables de cobre en las bobinas primaria y secundaria genera calor. A medida que aumenta la corriente de carga, las pérdidas I²R también aumentan proporcionalmente.
Sentera emplea diversas técnicas para minimizar estas pérdidas de energía:
- Materiales de núcleo de alta calidad: El uso de acero al silicio orientado en grano con bajas pérdidas por histéresis es fundamental. Este acero, también llamado "acero eléctrico", es más costoso que otros tipos de acero, pero ofrece una mejor permeabilidad a los campos magnéticos, lo que se traduce en menos pérdidas.
- Laminación del núcleo: El núcleo está compuesto por láminas metálicas extra delgadas (laminaciones) para reducir las corrientes de Foucault. Estas láminas metálicas delgadas se alinean perfectamente en la fábrica de Sentera, se fijan entre sí y luego se recubren con una impregnación especial. Este método requiere mucho tiempo, pero proporciona un aumento significativo en la eficiencia energética.
- Conductores de gran tamaño: El uso de cables más gruesos en los bobinados reduce su resistencia y disminuye las pérdidas I²R. El cobre de alta calidad con un diámetro grueso tiene un valor de resistencia más bajo, lo que limita las pérdidas a corrientes más altas. Los transformadores Sentera tienen un grosor de cable constante en todo el bobinado, lo que garantiza una mejor calidad del transformador.
Por qué esta tecnología básica sigue siendo interesante
Los reguladores de velocidad por transformador de Sentera siguen utilizándose ampliamente para el control de velocidad de ventiladores. Su facilidad de uso, construcción robusta y precio atractivo son sus principales ventajas. La velocidad del ventilador se puede ajustar en pasos y, incluso a baja velocidad, el motor funciona de forma excepcionalmente silenciosa. Las desventajas de esta tecnología son la menor eficiencia energética y el ruido que genera el regulador de velocidad. Los reguladores de velocidad por transformador de Sentera están diseñados para minimizar al máximo estos inconvenientes. Especialmente para aplicaciones de ventilación que no requieren un funcionamiento continuo, un regulador de velocidad por transformador es la elección perfecta. Aplicaciones típicas son campanas extractoras, ventiladores de extracción, etc.
Gama de productos de reguladores de velocidad por transformador de Sentera
Sentera es uno de los principales fabricantes de reguladores de velocidad para ventiladores. Desde hace dos décadas, nuestros reguladores de velocidad por transformador son un referente en el mundo HVAC. La calidad y la facilidad de uso siempre han sido nuestra máxima prioridad. Debido al gran éxito, se han creado muchas variantes. Como resultado, no siempre es fácil tener una visión general de toda la gama de productos. A continuación, se resumen brevemente las propiedades más importantes de las diferentes series.
Los reguladores de velocidad por transformador de Sentera para motores monofásicos con una carga máxima de hasta (e incluyendo) 7,5 A cuentan con una carcasa de plástico de alta calidad con aletas metálicas de refrigeración. Esta carcasa se fabrica en la planta de plásticos de Sentera con plástico ABS ignífugo. La aleta de refrigeración garantiza una disipación de calor suficiente para controladores de esta capacidad. Todos los demás reguladores de velocidad por transformador tienen una carcasa metálica sólida con capacidad suficiente para disipar el calor.
Reguladores de velocidad por transformador con controles integrados
Un primer grupo incluye reguladores de velocidad por transformador con interruptores de control integrados en el panel frontal. Estos reguladores de velocidad son fáciles de instalar y operar.
- El modelo de entrada: Los reguladores de velocidad por transformador más sencillos tienen un selector rotativo en el panel frontal que permite seleccionar manualmente la velocidad del ventilador. Para motores monofásicos de 230 Voltios existe la serie STR-1, para motores trifásicos de 230 Voltios la serie STR-3 y para motores trifásicos de 400 Voltios la serie STR-4. Estos son los controladores de velocidad de 5 pasos más simples y económicos de la gama Sentera.
- Detección de sobrecalentamiento del motor: Para motores monofásicos y trifásicos de 400 Voltios, los modelos básicos también están disponibles con una función de seguridad adicional para detectar el sobrecalentamiento del motor. Estas son las series STRS1 y STRS4, respectivamente. Ambas series son interesantes si el motor está equipado con sensores de temperatura TK (contacto térmico) en los bobinados del motor. Estos sensores TK pueden conectarse a las series STRS1 y STRS4. Si la temperatura del motor supera un valor crítico, el regulador de velocidad de 5 pasos desconectará el motor para evitar daños permanentes.
- Botón de emergencia para extracción de humos: Para motores monofásicos, el modelo de entrada también está disponible con un botón de emergencia adicional para extracción de humos. Al presionar el botón de emergencia, el ventilador acelera inmediatamente hasta su velocidad máxima. Después de restablecer el botón de emergencia, el controlador vuelve a funcionar con normalidad. La serie SER-1 controla motores monofásicos.
- Dos selectores de velocidad de 5 pasos separados: La serie SC2-1 ofrece no uno, sino dos selectores de velocidad en el panel frontal y controla motores monofásicos. Uno de los dos selectores se activa mediante una entrada de contacto seco (baja o alta). En muchas aplicaciones, a esta entrada se conecta un relé temporizador externo, un interruptor de temperatura o un presostato diferencial. Por ejemplo, en el caso de un interruptor de temperatura, el ventilador se controla mediante el selector 1 a bajas temperaturas y con el selector 2 a temperaturas más altas. Esto permite cambiar automáticamente entre dos modos de ventilación distintos, según las condiciones. Es una versión simplificada de la ventilación controlada por demanda.
- Reguladores para extractores de campanas de cocina: Las series SFPR1 y SFPR4 son reguladores de velocidad por transformador con una salida adicional para controlar una válvula de gas. Se requiere un sensor de flujo de aire o un presostato opcional para detectar el flujo de aire. La salida para la válvula de gas se activa simultáneamente con el ventilador. Si no se detecta flujo de aire dentro de los 60 segundos posteriores al arranque del motor, la salida para la válvula de gas se desactiva. Las series SFPR1 y SFPR4 controlan motores monofásicos o trifásicos de 400 Voltios, respectivamente. Reinician automáticamente después de un corte de energía y cuentan con detección de sobrecalentamiento del motor (contactos TK del motor).
Reguladores de velocidad por transformador controlables a distancia
En algunas circunstancias, no es deseable que el ventilador funcione de forma continua o siempre a la misma velocidad. Por eso ofrecemos reguladores de velocidad por transformador que pueden controlarse a distancia. Existen variantes en las que solo se puede enviar la señal de arranque de forma remota, así como variantes en las que también se puede seleccionar la velocidad de forma remota.
Reguladores de velocidad por transformador con entradas de contacto seco
Las entradas de contacto seco pueden activarse mediante una señal digital (alta o baja). Normalmente, estas entradas se activan manualmente mediante un interruptor. También pueden activarse automáticamente mediante un temporizador, un presostato, un interruptor de temperatura, un higrostato, etc.
- Las series STRA1 y STRA4 disponen de varias entradas de contacto seco adicionales para arrancar el motor a distancia. El hecho de que se puedan combinar diferentes condiciones hace que estos controladores sean de aplicación universal. La velocidad del ventilador debe seleccionarse mediante el interruptor rotativo en el panel frontal. La serie STRA1 controla motores monofásicos, y la serie STRA4 controla motores trifásicos de 400 Voltios. Ambos modelos se reinician automáticamente tras un corte de energía y disponen de salida de alarma y detección de sobrecalentamiento del motor (contactos TK del motor).
- Las series SC2A1 y SC2A4 cuentan con dos selectores de velocidad en el panel frontal. Estas series también ofrecen múltiples entradas de contacto seco adicionales para arrancar el motor a distancia y activar uno de los dos selectores de velocidad. La serie SC2A1 controla motores monofásicos, y la serie SC2A4 motores trifásicos de 400 Voltios. Al igual que las anteriores, se reinician automáticamente tras un corte de energía y están equipadas con salida de alarma y detección de sobrecalentamiento del motor (contactos TK).
- La serie RTR-1 ofrece cinco entradas de contacto seco para activar uno de los cinco niveles de velocidad disponibles. Por lo tanto, este regulador de velocidad por transformador puede controlarse completamente a distancia. No solo la señal de arranque, sino también la velocidad deseada del ventilador pueden establecerse remotamente. La serie RTR-1 controla motores monofásicos.
Reguladores de velocidad por transformador con entrada analógica de 0–10 Voltios
Un señal de control de 0-10 Voltios se conecta al regulador de velocidad por transformador. Esta señal de control determina qué nivel de velocidad se activa (es decir, a qué velocidad funcionará el motor). Una señal de control de 0-10 Voltios se puede generar manualmente a través de un potenciómetro, o de manera automática por medio de un sensor. Por ejemplo, el sensor transmite el nivel de CO2 medido como una señal de 0-10 Voltios.
- Las series STVS1 y STVS4 son reguladores de velocidad por transformador con una entrada analógica. Los 5 niveles de velocidad se seleccionan a través de la señal de control analógica (0-10 Voltios). Por ejemplo: cuando la señal analógica tiene un valor de 3 Voltios, se activará la velocidad 1; cuando la señal analógica tenga un valor de 5 Voltios, se activará la velocidad 2, etc. Para la ventilación controlada por demanda, estos reguladores de velocidad se pueden combinar con uno de los sensores Sentera con salida de señal de 0-10 Voltios. Las series STVS1 y STVS4 controlan motores monofásicos o trifásicos de 400 Voltios, respectivamente. Se reinician automáticamente después de un corte de energía y cuentan con detección de sobrecalentamiento del motor (contactos TK del motor).
Reguladores de velocidad por transformador con comunicación Modbus RTU
Modbus RTU (Remote Terminal Unit) es uno de los protocolos de comunicación más utilizados en la automatización de edificios e industrias. Es un método de comunicación serial que permite conectar múltiples dispositivos en una sola línea de comunicación, facilitando el intercambio eficiente de datos entre controladores, sensores, reguladores de velocidad de ventiladores, actuadores y otros dispositivos. La comunicación Modbus RTU es muchas veces más estable y fiable que las señales clásicas de 0-10 Voltios.
- Las series RTVS8 y RTVS1 de reguladores de velocidad por transformador se controlan mediante comunicación Modbus RTU. El maestro Modbus de la red envía el nivel de velocidad solicitado (1 - 5) al registro de retención correspondiente del dispositivo esclavo RTVS8 o RTVS1. Los sensores y potenciómetros Sentera con comunicación Modbus se pueden combinar con estos reguladores de velocidad. También son compatibles con SenteraWeb, la nube de Sentera. Esto ofrece acceso remoto, la posibilidad de recibir notificaciones, utilizar el programador diario-semanal para diferentes regímenes de ventilación, etc. La serie RTVS1 requiere una tensión de alimentación de 230 VAC, mientras que la serie RTVS8 puede operar con una tensión de alimentación en el rango de 115 – 230 VAC, lo que las hace más universales. Ambas series controlan motores monofásicos. Se reinician automáticamente después de un corte de energía y cuentan con salida de alarma y detección de sobrecalentamiento del motor (contactos TK del motor).
Reguladores de velocidad por transformador con sensor de temperatura
El control de la velocidad del ventilador en función de la temperatura ambiental es ampliamente utilizado en los sectores agrícola y hortícola. Las gamas de productos a continuación se venden en grandes cantidades en estas industrias. Han demostrado su calidad y fiabilidad para aplicaciones agrícolas y hortícolas.
- La serie GTH de reguladores de velocidad por transformador funciona en función de la temperatura ambiental. En modo de calefacción, el ventilador se activa cuando la temperatura medida cae por debajo de la temperatura establecida. Cuando la temperatura medida es superior a la temperatura seleccionada, el ventilador se desactiva. La salida no regulada puede controlar una válvula de agua para regular el flujo de agua caliente o un relé para activar un calentador eléctrico. La salida no regulada se activa simultáneamente con el ventilador. Cuando el ventilador está en funcionamiento, el calentador se activa. En modo de refrigeración, la funcionalidad se invierte. Mediante un jumper, se puede seleccionar el modo de calefacción o el modo de refrigeración. Se requiere una sonda de temperatura PT500 opcional para medir la temperatura ambiental. La serie GTH se puede utilizar para controlar motores monofásicos.
- La serie GTTE1 plug & play está completamente pre-cableada. Un ventilador de suministro y extracción se puede conectar a través de los enchufes Schuko. Cuando la temperatura ambiental supera la temperatura establecida, la velocidad del ventilador aumenta y el calentador se desactiva. Cuando la temperatura ambiental cae por debajo de la temperatura establecida, los ventiladores se detienen y el calentador se activa. La serie GTTE1 controla motores monofásicos.