Convertidor de frecuencia : un dispositivo electrónico para cambiar la frecuencia de la corriente eléctrica ( voltaje ) [1] [2] .
El convertidor de frecuencia asíncrono de frecuencia se utiliza para convertir la corriente alterna trifásica o monofásica de la red con una frecuencia de 50 (60) Hz en una corriente trifásica o monofásica con una frecuencia de 1 Hz a 800 Hz.
La industria produce convertidores de frecuencia del tipo de electroinducción, que por diseño es un motor asíncrono con un rotor de fase , que opera en el modo generador-convertidor, y convertidores de tipo electrónico.
Los convertidores de frecuencia de tipo electrónico se utilizan a menudo para controlar suavemente la velocidad de un motor eléctrico asíncrono o un motor síncrono creando una frecuencia determinada en la salida del convertidor de tensión eléctrica. En los casos más simples, la regulación de la frecuencia y el voltaje ocurre de acuerdo con la característica V / f especificada, en los convertidores más avanzados, se implementa el llamado control vectorial.
Un convertidor de frecuencia de tipo electrónico es un dispositivo que consta de un rectificador (puente de CC) que convierte la corriente alterna de frecuencia industrial en corriente continua, y un inversor (convertidor) (a veces con PWM ) que convierte la corriente continua en corriente alterna de la frecuencia y amplitud requeridas. . Los tiristores de salida ( GTO ) o transistores ( IGBT ) proporcionan la corriente necesaria para alimentar el motor.
Para mejorar la forma del voltaje de salida, a veces se coloca un estrangulador entre el convertidor y el motor, y se usa un filtro EMC para reducir la interferencia electromagnética.
Un convertidor de frecuencia electrónico consta de circuitos que incluyen un tiristor o transistor , que funcionan a modo de llaves electrónicas. En el corazón de la parte de control se encuentra un microprocesador que proporciona el control de las llaves electrónicas de potencia, además de resolver una gran cantidad de tareas auxiliares (control, diagnóstico, protección).
Según la estructura y el principio de funcionamiento del accionamiento eléctrico, se distinguen dos clases de convertidores de frecuencia:
Cada una de las clases de convertidores existentes tiene sus propias ventajas y desventajas, que determinan el área de aplicación racional de cada uno de ellos.
En los convertidores de acoplamiento directo, el módulo eléctrico es un rectificador controlado. El sistema de control desbloquea los grupos de tiristores a su vez y conecta los devanados 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 de dichos convertidores no puede ser igual o superior a la frecuencia de la red. Está en el rango de 0 a 50 Hz y, 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 módulos controlados por frecuencia modernos son los convertidores con un enlace de CC intermedio pronunciado . Los convertidores de esta clase utilizan doble conversión de energía eléctrica: el voltaje sinusoidal de entrada con una amplitud y frecuencia constantes se rectifica en el rectificador, se filtra con un filtro, se suaviza y luego el inversor lo convierte nuevamente en un voltaje alterno 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. La indispensable presencia de condensadores electrolíticos de potencia impone un límite infranqueable a la vida estimada del convertidor: a plena carga, ésta suele ser del orden de las 3000 horas.
Para formar un voltaje alterno sinusoidal, se utiliza un inversor autónomo , que genera un voltaje eléctrico de una forma dada en los devanados del motor (generalmente por modulación de ancho de pulso ). Como llaves electrónicas en los inversores, se utilizan tiristores bloqueables GTO y sus modificaciones avanzadas GCT, IGCT, SGCT y transistores bipolares de puerta aislada IGBT .
La principal ventaja de los convertidores de frecuencia de tiristores, como en un circuito de acoplamiento directo, es la capacidad de trabajar con altas corrientes y voltajes, mientras soportan cargas continuas y efectos de impulso. Tienen una mayor eficiencia (hasta un 88%) en relación a los convertidores IGBT .
Los convertidores de frecuencia son una carga no lineal que crea corrientes armónicas más altas en la red de suministro, lo que conduce a un deterioro en la calidad de la electricidad.