La máquina era barata porque nadie más podía enchufarla. Los equipos trifásicos usados se venden con descuento en la mayoría de los mercados por una razón: la mayoría de los compradores tienen suministro monofásico, y alimentar la máquina cuesta más que la propia máquina.
Así que estás comparando un convertidor de fase con un generador. Casi todas las páginas sobre ese tema fueron escritas por alguien que vende convertidores, y todas llegan a la misma conclusión.
Este artículo presenta la otra cara de la moneda con honestidad. Fabricamos grupos electrógenos y, para un taller con una conexión monofásica estable, un convertidor suele ser la solución adecuada. Aportamos los datos que determinan la elección: el coste de adquisición y funcionamiento de cada opción, y las horas de funcionamiento a partir de las cuales la respuesta cambia. Analizamos la diferencia en la calidad de la energía que determina si una opción es la más adecuada para su máquina. Fabricamos grupos electrógenos trifásicos de hasta 3,000 kW, dimensionados según las cargas reales.
¿Quieres que esto funcione para tu máquina? Envíanos la foto de la placa de identificación y tus horas de funcionamiento anuales, y te diremos qué ruta es la más rentable. Habla con nuestro equipo de ingeniería →
Puntos Clave
- Hay seis rutas, no dos: convertidores estáticos, rotativos y digitales, un variador de frecuencia de entrada monofásica, un generador y una mejora del servicio eléctrico.
- Un convertidor es más barato de comprar y operar, pero necesita la red eléctrica. La energía de la red eléctrica funciona. 0.10−0.13/kWh∗∗frente a∗∗0.10-0.13 /kWh**against**0.30-0.46/kWh para diésel.
- Un generador nunca resulta más económico en términos de costes operativos cuando se dispone de la red eléctrica. Gana por su capacidad.
- Las horas de funcionamiento son decisivas: 2,000 al año deberían ser suficientes para un suministro adecuado; 200 no.
- Funcionamiento de la calidad de la energía en ambos sentidos: un generador gana en equilibrio de voltaje a ±1% frente a 3-8% para un convertidor rotativo, y pierde en frecuencia a una caída del regulador de 3-5%.
Convertidor de fase vs. generador: la comparación carece de opciones.
La mayoría de estas páginas presentan una elección entre dos opciones. Ese enfoque es erróneo y cuesta dinero. La decisión real abarca seis rutas:
- Convertidor estáticocondensadores y, a menudo, un transformador que genera una tercera rama
- convertidor rotativo, un convertidor estático más un motor en ralentí que equilibra la salida
- convertidor digital, un inversor que sintetiza una auténtica tercera fase
- Variador de frecuencia con entrada monofásica, un accionamiento alimentando un motor
- Generador, un conjunto trifásico que genera su propia energía
- Actualización trifásica de la compañía eléctricaun servicio nuevo o ampliado de la red de suministro
Predomina el enfoque de dos opciones porque las páginas están escritas por vendedores de convertidores. Nuestra propia guía de generadores diésel trifásicos hace la misma simplificación, ya que se centra en la potencia de salida de la máquina en lugar de en cómo se obtiene la alimentación.
Dos de los seis componentes, los convertidores digitales y los variadores de velocidad monofásicos, están ausentes en casi todas las comparaciones que consultamos, y son precisamente estos dos elementos los que marcan la diferencia en el trabajo con máquinas CNC. Para conocer las diferencias eléctricas entre los distintos tipos de máquinas, consulte nuestra comparativa entre generadores monofásicos y trifásicos.
Qué hace realmente cada ruta
En resumen, lo que importa aquí es el costo y la calidad de la energía. Un convertidor estático obtiene una tercera rama de condensadores: mal balanceada, por debajo de la salida nominal y adecuada para un solo motor. Un convertidor rotativo agrega un motor en reposo que suaviza esa rama para que puedan funcionar varios motores, a costa de una máquina rotativa con cojinetes y pérdidas. Un convertidor de fase digital sintetiza las tres ramas electrónicamente, balanceadas dentro de un par de por ciento a cualquier carga. Un variador de frecuencia de entrada monofásica controla un motor con control de velocidad, un variador por motor. Un generador produce su propia energía a partir de un motor, no necesita red eléctrica y está limitado únicamente por lo que se compre. Las clasificaciones de los conjuntos siguen la norma ISO 8528-1.
Los dos números que lo deciden: Costo de compra y costo por kWh
¿Cuánto cuesta comprar cada ruta?
Los rangos que se muestran a continuación son cifras reportadas por el mercado para una carga de taller de 15 a 25 HP. Varían según el mercado y la cantidad de trabajo eléctrico que requiera la instalación, por lo que deben considerarse como órdenes de magnitud en lugar de precios exactos.
| Ruta | Costo de compra típico | Notas |
|---|---|---|
| Convertidor estático | ~ $ 80-500 | Ruta más barata; efectivamente un motor |
| convertidor rotativo | $ 1,800-3,500 | Gama media; varios motores |
| convertidor digital | $ 6,000-10,000 | Varias veces una unidad rotativa |
| Variador de frecuencia monofásico | bajo, por motor | Se multiplica con el número de motores |
| Generador | $ 10,000-25,000 | Además del almacenamiento de combustible y una base. |
| Actualización de utilidad | $ 8,000-25,000 | Se estima que la extensión de la línea costará entre 30,000 y 90,000 dólares por milla. |
La línea de servicios públicos suele sorprender a la gente. Su precio se calcula en función de la distancia y, por lo general, el cliente es quien paga, por lo que un terreno situado a unos cientos de metros de la red puede costar una cifra de cinco dígitos antes de realizar cualquier trabajo en el interior del edificio.
¿Cuánto cuesta operar cada ruta?
El coste de funcionamiento diferencia las rutas de forma mucho más marcada:
- Energía de la red, a través de un convertidor o un servicio trifásico directo: aproximadamente 0.10-0.13 dólares por kWh
- convertidor rotativo: aproximadamente 0.12 $/kWh con una eficiencia de aproximadamente el 85 %, más un consumo continuo en reposo.
- convertidor digital: aproximadamente 0.12 $/kWh con una eficiencia de aproximadamente el 97%, con un consumo en reposo insignificante.
- Generador Diesel: apenas 0.30-0.46 dólares por kWh con una eficiencia de conversión de combustible a electricidad de aproximadamente el 30%, más el mantenimiento.
Un convertidor es económico en ambos aspectos y está conectado a la red eléctrica. Un generador es caro en ambos aspectos y funciona en cualquier lugar; consulte la tabla de consumo de combustible del generador para ver las cifras por hora y la capacidad del generador en kVA frente a kW.
El punto de equilibrio son tus horas de funcionamiento.
Aquí está el cálculo que nadie publica, y que determina la respuesta. La opción más cara ahorra capital, pero ese ahorro se consume a un ritmo fijo por hora. Si dividimos la diferencia de capital entre la diferencia de coste operativo por hora, obtenemos las horas que faltan para que se agote el capital ahorrado.
Consideremos un ejemplo concreto: si la actualización del sistema de suministro eléctrico tiene un precio de 30 000 $, mientras que la instalación de un generador cuesta 15 000 $, el ahorro inicial es de 15 000 $. El coste de la energía generada con diésel es de 0.35 $ por kWh, frente a los 0.12 $ por kWh de la energía de la red eléctrica, lo que supone una diferencia de aproximadamente 0.23 $ por kWh. Esto significa que, para una carga de 15 kW, operar durante una hora supone un coste adicional de unos 3.45 $. Según este cálculo, el ahorro inicial se vería anulado tras aproximadamente 4,300 horas de funcionamiento.
Con 2,000 horas de uso al año, ocho horas diarias durante 250 días, la línea eléctrica se amortiza en poco más de dos años y, a partir de entonces, su coste es menor indefinidamente. Con 200 horas al año, el mismo cálculo requiere más de dos décadas, mucho después de que el equipo ya no necesite ser reemplazado.
Estimaciones por rangos, por lo que sus cifras variarán; la forma de la respuesta será la misma. Un mayor número de horas de funcionamiento favorece el pago por un suministro adecuado. Un número reducido de horas intermitentes favorece la opción de capital más económica.
Chidi analizó este problema en un taller de carpintería en Enugu. Las máquinas trifásicas se habían comprado en una subasta por bastante menos de la mitad del precio de las monofásicas, y la compañía eléctrica exigía una suma de cinco cifras para instalar energía trifásica en la unidad. Los cálculos, considerando 1,600 horas al año, indicaban que se necesitaba un generador, y dos máquinas se trasladarían posteriormente a una segunda ubicación a la que no se podía instalar un convertidor.
Por qué la corriente de arranque determina el precio del generador y no el del convertidor.
Existe una segunda razón por la que el generador cuesta más, y no tiene nada que ver con el motor.
Un convertidor obtiene su corriente de arranque de la red eléctrica. La red absorbe ese pico de corriente proveniente de una capacidad que la instalación nunca pagó, y un interruptor automático lo tolera durante el segundo o dos que dura. La capacidad nominal del convertidor cubre la carga constante, no el arranque.
Un generador debe producir cada uno de esos amperios por sí mismo. No hay red eléctrica que lo respalde ni capacidad de cortocircuito que pueda tomar prestada, por lo que el grupo electrógeno debe suministrar la mayor demanda de arranque en el lugar mientras mantiene en funcionamiento todos los demás aparatos que ya están en marcha.
Parte del precio de un generador se debe a su capacidad, que solo dura unos segundos y luego permanece inactiva. Un convertidor digital puede soportar una sobrecarga importante a corto plazo porque la compañía eléctrica que lo respalda puede hacerlo. Un generador no puede, por lo que su tamaño se determina en función del momento de mayor demanda, en lugar de la carga que soporta durante toda la tarde.
El método de dimensionamiento es un tema complejo que se aborda en nuestra guía de generadores diésel trifásicos, así como en la guía de aplicaciones de energía eléctrica de Caterpillar . El factor clave aquí es el precio: la diferencia se amplía debido al requisito de arranque, no a la carga de funcionamiento. Nuestra guía de amperaje para generadores trifásicos cubre las cifras de corriente que debe soportar su cuadro de distribución.
Calidad de la energía: dónde gana y dónde pierde el generador
El coste operativo es solo una parte de la decisión. La otra parte consiste en si la ruta se adapta a la máquina, y en este caso la respuesta sincera es válida en ambos sentidos.
Equilibrio de voltaje: el generador está adelantado
El equilibrio de voltaje se refiere a la coincidencia entre las tres fases. Los motores son sensibles a este equilibrio, ya que un desequilibrio produce calor sin generar trabajo.
- convertidor rotativo: Desequilibrio del 3-8%, lo que reduce la potencia del motor a aproximadamente el 85-91% de la potencia nominal y acorta la vida útil del aislamiento.
- convertidor digital: aproximadamente ±2%
- Generador con regulador automático de voltaje (AVR) bien regulado.: aproximadamente ±1%
Ese orden no es el que sugiere la publicidad de convertidores. Un generador con un regulador adecuado mantiene un equilibrio más preciso que cualquier convertidor, lo cual es importante para un motor sometido a carga durante turnos prolongados. La base para la reducción de potencia se establece en la norma NEMA MG-1 y en nuestra guía de especificaciones para generadores y alternadores.
Estabilidad de frecuencia: El convertidor está a la vanguardia.
Por otro lado, un convertidor hereda la frecuencia de la red eléctrica, manteniéndola con una precisión de una fracción de hercio y sin desviaciones. La frecuencia de un generador la establece el regulador del motor, y un regulador mecánico presenta una caída de frecuencia del 3 al 5 % entre la carga nula y la carga máxima, lo que equivale a una oscilación de aproximadamente 1.5 a 2.5 Hz en un sistema de 50 Hz.
Inofensivo para una bomba o una cinta transportadora. No es inofensivo para un control CNC, que requiere de forma conjunta frecuencia, voltaje y tiempo de recuperación. Un generador puede regularse con la precisión suficiente para equipos sensibles, pero solo si está diseñado para ello.
El problema de la regeneración en la desaceleración CNC
Aquí existe un modo de fallo que rara vez se documenta y que afecta a la ruta que la mayoría de la gente recomienda.
Cuando el husillo o el servomotor desaceleran una carga giratoria pesada, el motor cambia al modo generador y devuelve energía a la red eléctrica. Dado que el convertidor rotativo carece de un circuito eficaz para absorber esta energía, la corriente circula entre el rotor del motor en reposo y los condensadores en funcionamiento, convirtiéndose en calor.
Los síntomas siguen un patrón. La etapa de producción aumenta su voltaje varios voltios por encima de las demás durante la desaceleración. El motor en ralentí se calienta más de lo debido. Los accionamientos del husillo fallan por sobretensión. Y los condensadores de funcionamiento se hinchan o presentan fugas en un plazo de dieciocho meses, en lugar de los cinco a diez años que prevé el programa de mantenimiento.
Un convertidor digital con entrada activa regenera correctamente, y un generador también evita el problema, aunque se enfrenta al riesgo opuesto de sobrefrecuencia y sobretensión. Las resistencias de frenado en el bus de CC del variador son la solución estándar para ambos casos.
Lars se topó con este problema en una celda de mecanizado en Jutlandia. La máquina funcionó correctamente con un convertidor rotativo durante poco más de un año, pero luego una desaceleración prolongada del husillo provocó que el variador se disparara y, tras una inspección, se descubrió que los condensadores de funcionamiento se estaban hinchando. Las resistencias de frenado y un banco de condensadores de repuesto solucionaron la avería, pero anularon la ventaja de precio por la que se había elegido la unidad rotativa.
| Propiedad | Converter | Generador | Ganador |
|---|---|---|---|
| Equilibrio de voltaje | 3-8% (rotativo), ±2% (digital) | aproximadamente ±1% | Generador |
| estabilidad de frecuencia | Bloqueado a la utilidad | Caída del gobernador del 3-5% | Converter |
| Funciona sin rejilla | no | sí | Generador |
| El costo de compra | $ 80-10,000 | $ 10,000-25,000 | Converter |
| Costo por kWh | $ 0.10-0.13 | $ 0.30-0.46 | Converter |
Convertidor de fase frente a generador: Adaptación de la ruta a la carga
Una vez analizados los costes y concluido el veredicto sobre la calidad de la energía, la decisión final depende de las instalaciones existentes en el emplazamiento.
Una máquina, un motor
Un motor que requiere velocidad variable suele funcionar mejor con un variador monofásico. Para aquellos que solo necesitan alimentación y presentan una demanda de arranque moderada, la toma de tierra del convertidor rotativo debe dimensionarse a 1.5 veces la potencia nominal del motor y aproximadamente al doble para cargas de arranque difícil, como compresores. Para máquinas CNC o cualquier equipo con componentes electrónicos sensibles, conviene descartar primero la opción del convertidor rotativo.
Varias máquinas, cargas mixtas
Cuando varias máquinas arrancan y se detienen de forma independiente, un sistema de alimentación para toda la planta supera a los variadores individuales, ya que un variador por motor supone un coste adicional considerable. Un convertidor rotativo puede alimentar un subpanel siempre que la carga total y el arranque individual más grande se mantengan dentro de su capacidad; cuando las máquinas arrancan simultáneamente, la capacidad requerida aumenta hasta alcanzar el precio de un generador.
Sin conexión a la red eléctrica, trabajo móvil o una mejora del servicio cotizados en cinco cifras
La ubicación del generador es estrecha pero firme. Es la única ruta que funciona sin conexión a la red eléctrica y la única que permite el desplazamiento entre diferentes emplazamientos. Suele ser la forma más económica de obtener una capacidad trifásica considerable cuando el coste de una extensión de línea asciende a decenas de miles de dólares.
Nuestra gama de generadores diésel abarca los tamaños en los que suelen presentarse estos casos.
Preguntas frecuentes
¿Es más barato un convertidor de fase que un generador?
Sí, en ambos casos. Cuesta menos que un generador de capacidad comparable y funciona con energía eléctrica a un costo aproximado de 0.10-0.13/kWh, frente a aproximadamente 0.30-0.46 / kWh para diésel . El inconveniente : solo funciona donde ya existe un suministro monofásico que puede soportar la carga.
¿Puede un convertidor de fase o un generador hacer funcionar una máquina CNC?
Generalmente, pero no un convertidor rotativo en una máquina de husillo. Su desequilibrio del 3-8% sobrecarga la electrónica CNC, y la pata fabricada no tiene un mecanismo para absorber la energía que el husillo devuelve durante la desaceleración, lo que se manifiesta como fallos en el accionamiento y condensadores de arranque defectuosos. Un convertidor digital es adecuado para el trabajo CNC, y un generador también puede serlo si se especifica la regulación de frecuencia y voltaje para la aplicación.
¿Puede un convertidor de fase funcionar con un generador monofásico?
Solo donde el generador pueda soportar la carga adicional. Un convertidor necesita una alimentación monofásica con la tensión adecuada y la capacidad suficiente, y obtiene su corriente de arranque de dicha alimentación como si la hubiera tomado de la red eléctrica. Si el grupo electrógeno es lo suficientemente grande, un convertidor o un variador de frecuencia con la capacidad adecuada alimentará el motor trifásico, con los mismos límites de capacidad que se aplican al convertidor. Nuestra guía sobre generadores diésel trifásicos explica si es posible reconectar el motor.
Conclusión
La elección entre un convertidor de fase y un generador se reduce a lo siguiente: el convertidor es más económico de comprar y operar, y depende completamente de una fuente de alimentación preexistente. Un generador es más caro en ambos aspectos y funciona en cualquier lugar. Ninguno de estos factores por sí solo determina la decisión.
La aritmética lo confirma. Divide la diferencia de capital entre la diferencia de costo operativo por hora y compárala con las horas de funcionamiento reales. Un mayor número de horas favorece un suministro adecuado; un número reducido de horas, con interrupciones, favorece un capital más económico, y una máquina que requiere movimiento siempre favorece al generador.
Luego, revise la columna de calidad de energía: un generador mantiene un equilibrio de voltaje más preciso y una frecuencia más flexible. Para una bomba, esto es evidente. Para un husillo CNC, es crucial.
Envíenos la lista de carga y las horas de funcionamiento, y nosotros compararemos las rutas entre sí en lugar de debatir sobre cuál de ellas es la mejor.
