El proveedor de la unidad de frenado del convertidor de frecuencia le recuerda que tanto los convertidores de frecuencia de tipo corriente como los de tipo tensión pertenecen a los convertidores de frecuencia AC-DC-AC, compuestos por un rectificador y un inversor.
Debido a que las cargas suelen ser inductivas, es necesario que haya transferencia de potencia reactiva entre sus fuentes de alimentación. Por lo tanto, en el enlace de CC intermedio, se necesitan componentes que amortigüen la potencia reactiva.
Si se utiliza un condensador grande para amortiguar la potencia reactiva, se constituye un convertidor de frecuencia de tipo fuente de tensión; si se utiliza un reactor grande para amortiguar la potencia reactiva, se constituye un convertidor de frecuencia de tipo fuente de corriente.
La diferencia entre los convertidores de frecuencia de tensión y los de corriente reside únicamente en el filtro intermedio del enlace de CC. Sin embargo, esto genera diferencias significativas de rendimiento entre ambos tipos de convertidores, como se muestra en la siguiente lista comparativa:
1. Componentes de almacenamiento de energía: convertidor de frecuencia de tipo voltaje - condensador; tipo corriente - reactor.
2. Características de la forma de onda de salida: La forma de onda de voltaje es una onda rectangular, la forma de onda de corriente es aproximadamente una onda sinusoidal; el convertidor de frecuencia de tipo corriente tiene una forma de onda rectangular para la corriente y una forma de onda sinusoidal aproximada para el voltaje.
3. Las características de la composición del circuito incluyen una fuente de alimentación de CC con diodo de retroalimentación en paralelo con un condensador de gran capacidad (fuente de voltaje de baja impedancia) como tipo de voltaje; la fuente de alimentación de CC con diodo sin retroalimentación de tipo corriente en serie con una gran inductancia (fuente de corriente de alta impedancia) facilita que el motor opere en cuatro cuadrantes.
4. En cuanto a sus características, el tipo de voltaje genera sobrecorriente cuando la carga se cortocircuita, y los motores de lazo abierto también pueden operar de manera estable; el tipo de corriente puede suprimir la sobrecorriente cuando la carga se cortocircuita, y se requiere control de retroalimentación para el funcionamiento inestable del motor.
Los inversores de fuente de corriente utilizan tiristores de conmutación natural como interruptores de potencia, que presentan una costosa inductancia del lado de CC y se utilizan en la regulación de velocidad con doble alimentación. Requieren circuitos de conmutación a velocidades sobresíncronas y presentan un rendimiento deficiente a bajas frecuencias de deslizamiento.
Características estructurales del convertidor de frecuencia
El enlace de CC del convertidor de frecuencia de corriente debe su nombre al uso de componentes inductivos, lo que ofrece la ventaja de operar en cuatro cuadrantes y permite frenar fácilmente el motor. La desventaja es que requiere la conmutación forzada del puente inversor, y la estructura compleja del dispositivo dificulta el ajuste. Además, debido al uso de rectificación por desplazamiento de fase mediante tiristores en la red eléctrica, los armónicos de la corriente de entrada son relativamente altos, lo que afectará a la red eléctrica cuando la capacidad es alta.
2. El convertidor de frecuencia de tipo voltaje recibe su nombre del uso de componentes capacitivos en el enlace de CC. Se caracteriza por no poder operar en cuatro cuadrantes. Cuando el motor de carga necesita frenar, se requiere instalar un circuito de frenado independiente. Cuando la potencia es alta, se debe añadir un filtro de onda sinusoidal a la salida.
3. El convertidor de frecuencia de alta corriente utiliza componentes GTO, SCR o IGCT en serie para lograr una conversión directa de frecuencia de alto voltaje, con una tensión de corriente de hasta 10 kV. Gracias al uso de componentes inductivos en el enlace de CC, no es lo suficientemente sensible a la corriente, lo que lo hace menos propenso a fallas por sobrecorriente. El inversor también ofrece un funcionamiento fiable y un buen rendimiento de protección. La entrada utiliza rectificación controlada por fase mediante tiristores, y los armónicos de la corriente de entrada son relativamente altos. Cuando la capacidad del convertidor de frecuencia es alta, se debe considerar la contaminación de la red eléctrica y la interferencia en los equipos electrónicos de comunicación. El circuito de ecualización y amortiguación de voltaje es técnicamente complejo y costoso. Debido a la gran cantidad de componentes y al volumen del dispositivo, el ajuste y el mantenimiento son relativamente difíciles. El puente inversor utiliza conmutación forzada y genera una gran cantidad de calor, lo que requiere resolver el problema de disipación térmica de los componentes. Su ventaja reside en su capacidad para operar en cuatro cuadrantes y frenar. Cabe señalar que este tipo de convertidor de frecuencia requiere la instalación de condensadores autorreparadores de alto voltaje en sus lados de entrada y salida debido a su bajo factor de potencia de entrada y altos armónicos de entrada y salida.
4. La estructura del circuito del inversor de alta tensión adopta la tecnología de serie directa IGBT, también conocida como inversor de alta tensión de serie de dispositivo directo. Utiliza condensadores de alta tensión para el filtrado y el almacenamiento de energía en el enlace de CC, con una tensión de salida de hasta 6 kV. Su ventaja es que permite utilizar dispositivos de potencia resistentes a tensiones más bajas, y todos los IGBT del puente en serie tienen la misma función, lo que permite un diseño de respaldo mutuo o redundante. La desventaja es que el número de niveles es relativamente bajo (solo dos) y la tensión de salida dV/dt es elevada, lo que requiere el uso de motores especiales o filtros sinusoidales de alta tensión, lo que incrementa considerablemente el coste. Carece de función de operación de cuatro cuadrantes, por lo que requiere la instalación de una unidad de frenado independiente durante el frenado. Este tipo de convertidor de frecuencia también debe resolver el problema de la ecualización de la tensión del dispositivo, lo que generalmente requiere un diseño especial de los circuitos de accionamiento y los circuitos de búfer. Asimismo, existen requisitos extremadamente estrictos para el retardo de los circuitos de accionamiento IGBT. Una vez que los tiempos de encendido y apagado del IGBT son inconsistentes, o las pendientes de los bordes ascendentes y descendentes son demasiado diferentes, provocará daños a los dispositivos de potencia.
Existen muchos tipos de inversores de alta tensión, y sus métodos de clasificación también son diversos. Según si el componente de CC está en el enlace intermedio, se pueden dividir en convertidores de frecuencia CA/CA y convertidores de frecuencia CA-CC-CA. Según las propiedades del componente de CC, se pueden dividir en convertidores de frecuencia de corriente y de tensión.
Convertidor de frecuencia de tipo actual
Su nombre se debe al uso de componentes inductivos en el enlace de CC del convertidor de frecuencia. Ofrece la ventaja de operar en cuatro cuadrantes y lograr fácilmente la función de frenado del motor. La desventaja es que requiere la conmutación forzada del puente inversor y la estructura compleja del dispositivo dificulta el ajuste. Además, debido al uso de la rectificación por desplazamiento de fase mediante tiristores en la red eléctrica, los armónicos de la corriente de entrada son relativamente altos, lo que afectará a la red eléctrica cuando la capacidad es alta.
Convertidor de frecuencia de tipo voltaje
Su nombre se debe al uso de componentes capacitivos en el enlace de CC del convertidor de frecuencia. Su característica es que no puede operar en cuatro cuadrantes. Cuando es necesario frenar el motor de carga, se requiere instalar un circuito de frenado independiente. Cuando la potencia es alta, se debe añadir un filtro de onda sinusoidal a la salida.
1. ¿Cuál es la diferencia entre el tipo de voltaje y el tipo de corriente?
El circuito principal de un convertidor de frecuencia se puede dividir aproximadamente en dos categorías: el tipo de voltaje es un convertidor de frecuencia que convierte la CC de la fuente de voltaje en CA, y el filtrado del circuito de CC es un capacitor; el tipo de corriente es un convertidor de frecuencia que convierte la CC de una fuente de corriente en CA, y su filtro de circuito de CC es un inductor.
2. ¿Por qué el voltaje y la corriente de un convertidor de frecuencia cambian proporcionalmente?
El par de un motor asíncrono se genera mediante la interacción entre el flujo magnético del motor y la corriente que fluye a través del rotor. A la frecuencia nominal, si la tensión se mantiene constante y solo se reduce la frecuencia, el flujo magnético será demasiado grande, el circuito magnético se saturará y, en casos graves, el motor se quemará. Por lo tanto, la frecuencia y la tensión deben ajustarse proporcionalmente; es decir, al cambiar la frecuencia, la tensión de salida del convertidor de frecuencia debe controlarse para mantener un flujo magnético determinado en el motor y evitar la aparición de magnetismo débil y fenómenos de saturación magnética. Este método de control se utiliza comúnmente en convertidores de frecuencia de bajo consumo en ventiladores y bombas.