¿Cuándo debemos elegir entre un Servo Drive de Advanced Motion Controls o un VFD?

«En algunos casos, no es fácil elegir que sistema electrónico es el ideal para la aplicación del proyecto. Si hablamos de los Servo Drives como los VFD, ambos se utilizan en máquinas para accionar motores y controlar el movimiento. Es decir, en ocasiones hacen la misma función, así que ¿por qué elegir un servo drive frente a un VFD?»

Antecedentes de los Servo Drives y los VFD:

Tradicionalmente, los servo drives funcionan con motores de imanes permanente. Y, normalmente se utilizan en aplicaciones que necesitan un control preciso de velocidad o posición.  Una característica que define a los servosistemas es que utilizan la retroalimentación para lograr precisión y exactitud. Los sistemas de los servo drives son capaces de acelerar y desacelerar rápidamente. Además, pueden seguir trayectorias de movimiento exactas, ya sea punto a punto o con contornos definidos.

Por otro lado, los VFD se emparejan con motores de inducción y se utilizan en aplicaciones que necesitan un control de la velocidad.  Los sistemas VFD se caracterizan por poder controlar la velocidad ajustando la frecuencia de la tensión que envían al motor.  De ahí viene su nombre: VFD son las siglas de Variable Frequency Drive.  Otro punto importante es que no utilizan retroalimentación en el motor, por lo que el control de la velocidad es de bucle abierto.  En pocas palabras, los VFDs no compensan si hay un calado o si la carga cambia. Lo que resulta en un control de velocidad que no es tan preciso como con los servos.  Los VFDs pueden ser configurados para aumentar la velocidad y luego conducir a esa misma velocidad durante largos períodos de tiempo.

Como ocurre con muchas decisiones de ingeniería, no hay soluciones rápidas ni rígidas, y hay muchos ejemplos en los que los servo drives y los VFD tienen capacidades que van más allá de sus funciones tradicionales.  Por ejemplo, debido a la evolución tecnológica y a la necesidad de ofrecer más funciones, actualmente no es difícil encontrar servo drives que puedan alimentar motores de inducción, tanto con retroalimentación como sin ella.  Del mismo modo, hay muchos VFD que también pueden alimentar motores de inducción con realimentación (motor vectorial de bucle cerrado o CLV).

En conclusión, hay áreas en las que las capacidades se solapan entre los servo drives y los VFD. Por eso se deben conocer muy bien las características de cada uno para poder escoger la mejor plataforma para su aplicación.

¿Cuándo elegir un servo drive frente a un VFD?

En la mayoría de los casos la decisión es evidente, pero cuando ambas plataformas pueden hacer el mismo trabajo, la elección a puede ser dudosa. En este artículo detallamos situaciones en las que la elección es sencilla o, por el contrario, cuando ambas plataformas son adecuadas.

Casos en los que elegir el Servo Drive:

• Aplicaciones como los brazos robóticos, cuando se necesita un movimiento coordinado entre varios ejes son los servo drives
• Cuando se necesita una aceleración y desaceleración rápidas, por ejemplo, en los pórticos de recogida y colocación
• Cuando se necesita un control preciso de la velocidad para hacer crecer un lingote de silicio
• Cuando se necesita un posicionamiento exacto submicrométrico para aplicaciones de semiconductores.

Casos en los que elegir Los VFD (variadores de frecuencia):

• Para las cintas transportadoras cuando estas se deben ajustar a una determinada velocidad
• Con bombas hidráulicas y sopladores de aire
• Con algunos vehículos eléctricos en los que el control preciso no es un requisito.

La duda en elegir uno u otro aparece cuando ambos pueden hacer el trabajo.  Por ejemplo, aplicaciones de modo de velocidad y modo de posición en las que la precisión se consideraría algo floja para un servo, pero dentro de la capacidad de un VFD.

Los sistemas de transporte son un buen ejemplo.  Por un lado, un VFD sería ideal para una aplicación de transporte sencilla que sólo necesita encenderse por la mañana y funcionar todo el día a la misma velocidad. Por otro lado, un sistema de transporte más exigente que necesite arrancar, parar, avanzar y retroceder con frecuencia, igualar la velocidad de otro transportador y más, necesitará un servo drive.

Cuando la elección es dudosa y poco clara, se debe poner el foco en el rendimiento, las características y el precio. 

Características y rendimiento

La elección de un sistema u otro puede reducirse al coste, pero dependiendo del rendimiento que se necesita y de las características de la aplicación, se deberá optar por un servo drive.  

Antes de la elegir, pregúntate: ¿Qué movimiento debe realizar el sistema y qué características harán que el producto final sea mejor o más cómodo? Cuando tengas la respuesta, te será más fácil tomar una decisión.

Coste

Los servo drives suelen ser más caros que los sistemas VFD porque gran parte del coste proviene del servomotor.  Esto se debe a que los servomotores utilizan imanes permanentes, hecho que encarece los costes de material y de fabricación, frente a los motores de inducción.  Además, los servo drives al tener más funciones que los VFD, tienen un coste más elevado.

Cuando se habla de vehículos eléctricos y la movilidad eléctrica, se deben tener en cuenta varias consideraciones: eficiencia, tamaño y potencia. Las aplicaciones de estos pueden abarcar cualquier cosa, desde el cumplimiento de pedidos en el que los robots sacan los productos de un almacén y los preparan para su envío, hasta los robots de servicio en los hospitales. Así como, las carretillas elevadoras automatizadas, los transportadores de fábrica que mueven motores y coches, o las máquinas muy grandes que mueven cargas que pesan varias toneladas.  La eficiencia, el tamaño y la potencia se convierten en factores decisivos para muchos de estos tipos de aplicaciones, además de las capacidades de control de velocidad y posición comentadas anteriormente.

Eficiencia

Muchas aplicaciones móviles dependen de las baterías para su alimentación, ya que no pueden enchufarse a la pared.  Cuando las baterías son la fuente de energía, la eficiencia se convierte en una de las principales preocupaciones de los diseñadores de sistemas.  Esto se debe a que el aumento de la eficiencia permite que las máquinas funcionen durante períodos más largos entre las cargas, aumentando así el tiempo de funcionamiento del sistema.

Cabe recalcar, que los servo drives utilizan motores de imanes permanentes mientras que los VFD utilizan motores de inducción. Y, cómo los motores de imanes permanentes son mucho más eficientes, los servosistemas tienen una clara ventaja.

Tamaño

Para pequeñas aplicaciones móviles, el tamaño de los componentes es una consideración importante por dos razones.  En primer lugar, las piezas más pequeñas facilitan la integración de los componentes en su diseño.  En segundo lugar, los componentes más pequeños pesan menos, lo que reduce el peso total de la máquina.  Con menos peso hay menos masa que empujar, lo que significa un mejor rendimiento de aceleración y una mayor duración de la batería.

Referente a este punto, existe una clara ventaja en cuanto al tamaño de los servo drives frente a los VFD.  Para la misma potencia, un servomotor será más pequeño que un motor de inducción.  Además, los últimos diseños de servos se han miniaturizado y optimizado para aplicaciones móviles. 

Con lo cual, si se necesita para la aplicación un espacio reducido, los servos son los ganadores.

Potencia

La potencia es importante para máquinas muy grandes.  Los servo sistemas pueden dimensionarse hasta unos cientos de KW, pero los sistemas de inducción pueden llegar a los MW.

A medida que aumentan las necesidades de potencia, los motores de inducción y los VFD son menos óptimos. Aunque esta transición se produce a un nivel de potencia mucho mayor del que requieren la mayoría de las aplicaciones.

Referencia rápida de Servo Drive vs VFD

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