El variador de frecuencia (VFD, Variable Frequency Drive, VFD) es un sistema para controlar la velocidad del rotor de un motor eléctrico asíncrono (o síncrono) . Consiste en el motor eléctrico real y el convertidor de frecuencia .
Un convertidor de frecuencia (convertidor de frecuencia) es un dispositivo que consiste en un rectificador (puente de CC) que convierte la corriente alterna de frecuencia industrial en corriente continua, y un inversor (convertidor) (generalmente con PWM ), que convierte la corriente continua en corriente alterna de la requerida frecuencia, amplitud y forma. Los tiristores de salida ( GTO ) o IGBT o MOSFET proporcionan la corriente necesaria para alimentar el motor. Para evitar sobrecargar el convertidor con un alimentador de gran longitud, se colocan estranguladores entre el convertidor y el alimentador , y se utiliza un filtro EMC para reducir la interferencia electromagnética .
Con control escalar , se forman corrientes armónicas de las fases del motor. El control vectorial es un método de control de motores síncronos y asíncronos , que no solo genera corrientes armónicas (voltajes) de las fases, sino que también proporciona control del flujo magnético del rotor (par en el eje del motor).
En los convertidores de acoplamiento directo, el convertidor de frecuencia es un rectificador controlado . El sistema de control desbloquea los grupos de tiristores a su vez y conecta los devanados del estator del motor a la red eléctrica. Por lo tanto, el voltaje de salida del convertidor se forma a partir de las secciones "cortadas" de las sinusoides del voltaje de entrada. La frecuencia de la tensión de salida no puede ser igual o superior a la frecuencia de la red. Está en el rango de 0 a 30 Hz. Como resultado, un pequeño rango de control de velocidad del motor (no más de 1:10). Esta limitación no permite el uso de tales convertidores en unidades modernas controladas por frecuencia con una amplia gama de control de parámetros tecnológicos.
El uso de tiristores sin corte requiere sistemas de control relativamente complejos, lo que aumenta el costo del convertidor. La onda sinusoidal de “corte” a la salida del convertidor de acoplamiento directo es una fuente de armónicos más altos, que provocan pérdidas adicionales en el motor eléctrico, sobrecalentamiento de la máquina eléctrica, reducción de par e interferencias muy fuertes en la red de suministro. El uso de dispositivos de compensación conduce a un aumento de coste, peso, dimensiones y una disminución de la eficiencia del sistema en su conjunto.
Los más utilizados en los accionamientos controlados por frecuencia modernos son los convertidores con un enlace de CC pronunciado . Los convertidores de esta clase utilizan una doble conversión de energía eléctrica: la tensión sinusoidal de entrada se rectifica en el rectificador , se filtra en el filtro y luego el inversor la reconvierte en una tensión alterna de frecuencia y amplitud variables. La doble conversión de energía conduce a una disminución de la eficiencia ya cierto deterioro de los indicadores de peso y tamaño en relación con los convertidores con conexión directa.
Los VFD se utilizan en:
El mayor efecto económico lo proporciona el uso de VFD en sistemas de ventilación, aire acondicionado y suministro de agua, donde el uso de VFD se ha convertido en el estándar de facto.
El método clásico para controlar el suministro de las unidades de bombeo implica estrangular las líneas de presión y regular el número de unidades operativas de acuerdo con algún parámetro técnico (por ejemplo, la presión de la tubería ). En este caso, las unidades de bombeo se seleccionan en función de ciertas características de diseño (generalmente con un margen de rendimiento) y operan constantemente a una velocidad constante, sin tener en cuenta los costos cambiantes causados por el consumo variable de agua. Con caudal mínimo , las bombas continúan funcionando a una velocidad constante. Entonces, por ejemplo, sucede por la noche, cuando el consumo de agua cae bruscamente. El principal efecto económico del uso de variadores de frecuencia no se logra mediante el ahorro de electricidad, sino mediante la reducción significativa del costo de reparación de las redes de suministro de agua.
El advenimiento de un accionamiento eléctrico ajustable hizo posible mantener una presión constante directamente en el consumidor. Un accionamiento eléctrico controlado por frecuencia con un motor eléctrico asíncrono para fines industriales generales ha recibido una amplia aplicación en la práctica mundial. Como resultado de la adaptación de los motores asíncronos industriales generales a sus condiciones de operación en accionamientos eléctricos controlados, se crean motores asíncronos controlados especiales con mayor energía e indicadores de peso y tamaño y costo en comparación con los no adaptados. La regulación de frecuencia de la velocidad de rotación del eje de un motor asíncrono se realiza mediante un dispositivo electrónico, que comúnmente se denomina convertidor de frecuencia. El efecto anterior se logra cambiando la frecuencia y la amplitud del voltaje trifásico suministrado al motor eléctrico. Por lo tanto, al cambiar los parámetros de la tensión de alimentación (control de frecuencia), es posible hacer que la velocidad de rotación del motor sea tanto más baja como más alta que la nominal. En la segunda zona (frecuencia superior a la nominal), el par máximo sobre el eje es inversamente proporcional a la velocidad de rotación.
El método de conversión de frecuencia se basa en el siguiente principio. Por regla general, la frecuencia de la red industrial es de 50 Hz. Por ejemplo, tome una bomba con un motor eléctrico de dos polos. Teniendo en cuenta el deslizamiento, la velocidad de rotación del motor es de unas 2800 (dependiendo de la potencia) revoluciones por minuto y da a la salida de la unidad de bomba la presión nominal y el rendimiento (ya que estos son sus parámetros nominales, según el pasaporte). Si se utiliza un convertidor de frecuencia para reducir la frecuencia y la amplitud de la tensión alterna que se le suministra, la velocidad de rotación del motor disminuirá en consecuencia y, en consecuencia, cambiará el rendimiento de la unidad de bombeo. La información sobre la presión en la red ingresa a la unidad del convertidor de frecuencia desde un sensor de presión especial instalado en el consumidor, según estos datos, el convertidor cambia la frecuencia suministrada al motor.
Un convertidor de frecuencia moderno tiene un diseño compacto, una carcasa a prueba de polvo y humedad, una interfaz fácil de usar, que permite su uso en las condiciones más difíciles y entornos problemáticos. El rango de potencia es muy amplio y va desde 0,18 hasta 630 kW o más con una fuente de alimentación estándar de 220/380 V y 50-60 Hz. La práctica demuestra que el uso de convertidores de frecuencia en las estaciones de bombeo permite:
Según los datos disponibles, el período de amortización de un proyecto para introducir convertidores de frecuencia oscila entre 3 meses y 2 años.
Con la ayuda de los VFD modernos, es posible controlar la posición de mecanismos tales como máquinas herramienta de alta precisión, mesas de ensamblaje, sistemas de transporte, mesas giratorias, equipos de almacén. Por lo tanto, ya no se necesitan motores paso a paso y costosos servos con un controlador adicional. Toda la funcionalidad de posicionamiento se configura en los ajustes de VFD. Las características de posicionamiento más básicas son: moverse a posiciones preestablecidas, girar a un ángulo preestablecido, detenerse en una posición preestablecida y bloquear la rotación. Al mismo tiempo, a diferencia de los motores paso a paso de baja potencia y los servoaccionamientos, es posible posicionar mecanismos realmente grandes con motores de alta potencia de hasta 315 kW.
En muchas instalaciones, al accionamiento eléctrico ajustable se le asignan las tareas no solo de controlar suavemente el par y la velocidad de rotación del motor eléctrico, sino también las tareas de ralentizar y frenar los elementos de la instalación. La solución clásica a este problema es el sistema de accionamiento con un motor asíncrono con un convertidor de frecuencia equipado con un interruptor de freno con una resistencia de freno .
Al mismo tiempo, en el modo de deceleración/frenado, el motor eléctrico funciona como generador, convirtiendo la energía mecánica en energía eléctrica, que finalmente se disipa en la resistencia de frenado. Las instalaciones típicas en las que los ciclos de aceleración se alternan con los ciclos de desaceleración son la tracción de vehículos eléctricos, montacargas, ascensores, centrífugas, bobinadoras, etc. La función de frenado eléctrico apareció por primera vez en un accionamiento de CC (por ejemplo, un trolebús). A finales del siglo XX aparecieron los convertidores de frecuencia con recuperador incorporado, que permiten devolver a la red la energía recibida del motor funcionando en modo frenado. En este caso, la instalación comienza a "ganar dinero" casi inmediatamente después de la puesta en marcha.
| Sistemas de control para motores de tracción de transporte ferroviario, metro y UET | |
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