Los proveedores de dispositivos de retroalimentación de energía para inversores recuerdan que, con el continuo desarrollo de la ciencia y la tecnología, se ha prestado mayor atención al ahorro de energía eléctrica. Las debilidades de los variadores de CC tradicionales muestran gradualmente signos de insatisfacción con las exigencias de la época. El conmutador limita el mantenimiento y el uso de los motores de CC. Por ello, se comenzó a estudiar la aplicación de la tecnología de regulación de velocidad de CA, y no fue hasta la década de 1970 que el rápido desarrollo de la tecnología electrónica, especialmente la tecnología de control y la microelectrónica, sustituyó gradualmente la regulación de velocidad de CC por la de CA. Como resultado, nacieron los convertidores de frecuencia.
1. Respecto al convertidor de frecuencia
La función inicial de los convertidores de frecuencia era la regulación de velocidad, pero con el desarrollo tecnológico, su aplicación actual en China se centra principalmente en la conservación de energía, destacando su papel como ahorradores en el sector eléctrico. Nuestro país sufre escasez de energía y, debido a problemas tecnológicos, su tasa de utilización es baja. Especialmente al ser una fuente de energía limpia, la electricidad es extremadamente escasa. Dado el alto consumo eléctrico, la energía en estado de ahorro solo representa una pequeña parte del consumo total. Sin embargo, en China existe una gran cantidad de motores con potencial de ahorro energético, y las aplicaciones de ahorro energético tienen un amplio potencial y constituyen una tendencia muy necesaria, lo que también impulsa, en cierta medida, el desarrollo de la tecnología de frecuencia variable.
2. Respecto a los armónicos
Las ondas de frecuencia son el mayor problema durante el funcionamiento de los convertidores de frecuencia. El desarrollo de la tecnología electrónica ha permitido que los convertidores de frecuencia generales implementen funciones de filtrado mediante un diseño de software y hardware razonable. Tras el procesamiento, pueden prevenir y filtrar eficazmente la gran mayoría de los armónicos de orden superior, garantizando que los productos eléctricos cumplan con la compatibilidad electromagnética (EMC). Sin embargo, algunos equipos electrónicos, instrumentos, etc., de las empresas son relativamente antiguos, por lo que son particularmente sensibles a ciertos armónicos de orden superior y no pueden funcionar correctamente con convertidores de frecuencia. La principal razón de esta situación es que los componentes no lineales del rectificador y el inversor del convertidor de frecuencia provocan cambios en la fuente de alimentación, lo que genera interferencias armónicas y afecta el efecto de conversión de frecuencia. La principal solución es utilizar cables blindados para la salida, y la conexión a tierra unipolar puede prevenir eficazmente las interferencias. Añadir filtros a las secciones de entrada y salida puede reducir significativamente la amplitud de los armónicos de orden inferior y lograr un ahorro de energía al filtrarlos. Para el control de señales, especialmente para señales analógicas, generalmente se utilizan cables blindados de par trenzado para el diseño de conexión a tierra unipolar, lo que puede prevenir eficazmente las interferencias externas. El método de control SPWM utilizado actualmente en convertidores de frecuencia tiene un efecto positivo en la regulación de los componentes armónicos y el control de los factores de distorsión. Por lo tanto, la capacidad de los convertidores de frecuencia PWM para evitar interferencias armónicas presenta una diferencia significativa con respecto a los convertidores de frecuencia con control SPWM.
3. Aplicación de convertidores de frecuencia en la producción industrial
3.1 Aplicación del convertidor de frecuencia en cargas de bombeo de maquinaria y equipos industriales
La razón por la que los convertidores de frecuencia se utilizan ampliamente en las bombas de maquinaria y equipos industriales se debe a su potente tecnología de regulación de velocidad, que utiliza la frecuencia del estator del motor para ajustar la velocidad del motor según corresponda, modificando así las condiciones de trabajo de las bombas y optimizando el rendimiento del equipo original para satisfacer las necesidades de producción. Si se produce un cambio significativo en la carga de los equipos mecánicos y las bombas en la producción industrial, el uso de la tecnología de convertidores de frecuencia para controlar la salida del convertidor permite que la bomba se ajuste a las condiciones del proceso de producción, logrando el máximo ahorro energético, mejorando el nivel de producción, acelerando el proceso de automatización industrial, prolongando la vida útil de los equipos, mejorando la calidad del producto, aumentando la eficiencia de la producción y permitiendo a las empresas obtener mayores beneficios económicos.
3.2 Aplicación del convertidor de frecuencia en la carga del ventilador de maquinaria de producción industrial
Los ventiladores se utilizan principalmente en sistemas de refrigeración, calderas, sistemas de secado y sistemas de extracción en la producción industrial. Durante el proceso de producción, se controlan factores como el volumen de aire y la temperatura que influyen en la producción para lograr buenas condiciones de producción y trabajo. Anteriormente, se solía ajustar el grado de apertura y cierre de la salida de aire y el deflector. La desventaja de este método de control es que, independientemente del proceso de producción y las condiciones de trabajo, el ventilador siempre funciona a una velocidad constante, lo que no permite cumplir con precisión las condiciones de producción y operación, desperdicia energía y consume equipos y materiales, reduce la rentabilidad y acorta la vida útil de los equipos. Por ejemplo, las plantas de fibra química, las acerías y las cementeras utilizan ventiladores. Si se ajusta la salida de aire para modificar el volumen de aire, el motor siempre funcionará a plena carga, pero la apertura de la compuerta de aire solo se mantendrá entre el 50 % y el 80 %, lo que sería un desperdicio. La tecnología del convertidor de frecuencia se utiliza en la carga del ventilador, y su rendimiento de regulación de velocidad continua puede ampliar el rango de velocidad del ventilador, hacerlo más confiable, fácil de programar y lograr altas condiciones para los procesos de producción y las condiciones de trabajo.
3.3 Aplicación de convertidores de frecuencia en la conservación de energía y reducción del consumo
En lugares donde la carga del motor suele ser constante, como fábricas textiles y acerías, el motor suele operar a una potencia determinada, y el rendimiento del convertidor de frecuencia es difícil de sustituir por otros equipos, como la aceleración y desaceleración suaves, el control preciso del par y la buena estabilidad de trabajo, lo que permite un buen aprovechamiento. En estas fábricas, los convertidores de frecuencia no solo no ahorran energía, sino que, por el contrario, debido a su alto coste y consumo, encarecen el sistema y aumentan el consumo. Por el contrario, en aplicaciones como ventiladores y bombas, las características de ahorro y reducción del consumo cobran gran importancia. En estas aplicaciones, la carga de corriente varía con frecuencia. Si se utilizan varios motores en paralelo, el coste del equipo aumentará considerablemente. El uso del método de regulación de velocidad anterior tampoco contribuye a la automatización de la producción. En este caso, algunos fabricantes han desarrollado convertidores de frecuencia especializados para esta aplicación. Este tipo de convertidor de frecuencia no ofrece las características de regulación de velocidad y control de par de alta precisión, por lo que su coste de producción es muy bajo.
4. Selección del convertidor de frecuencia
Debido al desarrollo de la tecnología de conversión de frecuencia, existen numerosas marcas y datos de convertidores de frecuencia en el mercado. Los principales métodos de control incluyen: el método de control de presión plana (tecnología U/F=K); el método de control vectorial (también conocido como tecnología VECTOR); la tecnología de control directo de par (DTC), etc. Las empresas pueden elegir convertidores de frecuencia según sus necesidades para satisfacer las necesidades de control de diversos equipos, especialmente en su aplicación en equipos mecánicos con cargas de par variable, lo que permite un mayor ahorro de energía. La capacidad de los convertidores de frecuencia debe seleccionarse de forma rigurosa en función de la corriente real de la carga. También se puede optar por un convertidor de frecuencia con PID integrado para el control de configuración según las necesidades reales. Actualmente, muchos convertidores de frecuencia en el mercado cuentan con interfaces de bus, y en el proceso de producción, actúan como un nodo de la red para conectarse con otros dispositivos de comunicación, lo que mejora eficazmente la eficiencia y el ahorro de energía, además de promover una mayor precisión e inteligencia de control. La tecnología de bus de campo es actualmente una tecnología de automatización avanzada que integra tecnología de control informático, tecnología de comunicación y tecnología de principios de control automático. Por lo tanto, puede lograr la transmisión multifuncional de múltiples parámetros de señal en un par de cables y proporcionar energía a múltiples dispositivos, lo que no solo ahorra electricidad sino también costos.
Las características de ahorro energético de los convertidores de frecuencia han atraído la atención de la sociedad y se han aplicado en diversos campos. El convertidor de frecuencia se utiliza principalmente para regular la velocidad de motores de CA y actualmente es la solución de control de velocidad más ideal y prometedora en este campo. Aún más importante, los convertidores de frecuencia tienen efectos de ahorro energético, y la conservación de la energía es un aspecto fundamental en el desarrollo industrial y el consumo energético, además de ser una garantía necesaria para el desarrollo sostenible de las empresas. Gracias a su efecto de ahorro energético y a la tecnología de control de velocidad, los convertidores de frecuencia se han convertido en un equipo de automatización popular, por lo que se han desarrollado y aplicado rápidamente. Las perspectivas de futuro de los convertidores de frecuencia son muy prometedoras y pueden aplicarse en una gama más amplia de campos, desempeñando un papel más importante en la reducción del consumo energético y el aumento de la eficiencia empresarial. La aplicación de los convertidores de frecuencia tiene un amplio potencial de desarrollo.