Los proveedores de unidades de retroalimentación energética recuerdan que los convertidores de frecuencia tienen más de 30 años de experiencia en China. Con el continuo avance tecnológico, su ámbito de aplicación se ha expandido a múltiples campos, y el tamaño del mercado crece año tras año. Actualmente, existen más de 140 marcas nacionales e internacionales de convertidores de frecuencia, y nuevos fabricantes y distribuidores se encuentran repartidos por todo el país. Si bien aún existe una brecha de rendimiento entre los convertidores de frecuencia nacionales e importados, gracias al rápido desarrollo científico y tecnológico en China, esta brecha no es insalvable. Al mismo tiempo, gracias a la integridad de la cadena industrial nacional, existe un gran potencial para la eficiencia de producción y el coste de fabricación de los convertidores de frecuencia nacionales.
El sistema de accionamiento de frecuencia variable se compone de un convertidor de frecuencia, que ha alcanzado o superado el rendimiento de un sistema de control de velocidad de CC. El convertidor de frecuencia ofrece las ventajas de su pequeño tamaño, bajo nivel de ruido, bajo coste y fácil mantenimiento de los motores asíncronos, lo que simplifica considerablemente el proceso de producción y reduce los costes de inversión inicial. En general, el uso racional de convertidores de frecuencia puede mejorar la productividad laboral, la calidad del producto y la automatización de los equipos, a la vez que ahorra energía y reduce los costes de producción.
1、 Clasificación, principio de funcionamiento y estructura de los convertidores de frecuencia de baja tensión
1. Clasificación de los convertidores de frecuencia de baja tensión
Existen diferentes estándares para clasificar los convertidores de frecuencia. Los variadores de frecuencia se dividen en variadores de frecuencia generales y variadores de frecuencia especiales. Según su principio de funcionamiento, se dividen en convertidores de frecuencia CA-CA y convertidores de frecuencia CA-CC-CA. Estos últimos, según el modo de funcionamiento del circuito principal, también se dividen en convertidores de frecuencia de corriente y de tensión. Además, desde la perspectiva de la dirección de desarrollo de la tecnología de convertidores de frecuencia, se dividen en convertidores de frecuencia VVVF, convertidores de frecuencia vectoriales, convertidores de frecuencia con control directo de par, etc.
2. Principio de funcionamiento del convertidor de frecuencia de bajo voltaje
En general, los convertidores de frecuencia adoptan un modo de funcionamiento cruzado directo. En términos relativos, los convertidores de frecuencia de baja tensión se utilizan ampliamente debido a su tecnología avanzada, bajo coste y fácil mantenimiento. El principio de funcionamiento de un convertidor de frecuencia consiste simplemente en convertir la corriente alterna (CA) en equipos eléctricos de frecuencia ajustable. Según la fórmula de velocidad síncrona N=60f/p para motores de CA (donde N es la velocidad síncrona del motor, f es la frecuencia de red y p es el número de polos del motor), la velocidad del motor de CA puede modificarse modificando la frecuencia. El convertidor de frecuencia se basa en este principio.
3. Estructura del convertidor de frecuencia de bajo voltaje
La composición del circuito principal del convertidor de frecuencia:
Tipo de voltaje: La potencia de voltaje se convierte de CC a CA mediante un convertidor de frecuencia y el filtro del circuito es un capacitor.
Tipo de corriente: La fuente de alimentación de corriente cambia de convertidor de frecuencia de CC a CA, y el filtro del circuito es inductor.
El convertidor de frecuencia consta principalmente de las siguientes cuatro partes:
(1) Rectificadores: Actualmente, se utilizan ampliamente los convertidores de diodos, que pueden convertir la frecuencia de la red en corriente continua (CC) y también formar convertidores reversibles. Gracias a su dirección de potencia reversible, pueden regenerarse y funcionar.
(2) Circuito de onda plana: La tensión de CC rectificada por el rectificador presenta una tensión pulsante, cuya frecuencia es seis veces la de la fuente de alimentación. Para suprimir las fluctuaciones de tensión, se necesitan condensadores e inductores que absorban la tensión pulsante (es decir, la corriente). Si la capacidad del dispositivo es pequeña y hay exceso de capacidad, se puede utilizar directamente un circuito de suavizado.
(3) Inversor: El inversor convierte la energía CC en energía CA, obteniendo así una salida trifásica en un tiempo fijo.
(4) Circuito de control: Proporciona un circuito de control de señales para el circuito principal de la fuente de alimentación del motor asíncrono. Incluye el circuito de operación de voltaje y frecuencia, el circuito de detección de corriente y voltaje del circuito principal, el circuito de detección de velocidad del motor, el circuito de control del circuito operativo que amplifica las señales de control, y el circuito de protección del motor y del inversor.
2. Selección de tipos de inversores de bajo voltaje
1. Descripción general de la selección del tipo de inversor de bajo voltaje
Actualmente, la mayoría de los usuarios eligen según las instrucciones o el manual de selección del fabricante del inversor. Generalmente, el fabricante del convertidor de frecuencia proporciona la corriente nominal, que coincide con la potencia y la capacidad nominales del motor. Los parámetros de los motores disponibles son proporcionados por el fabricante según sus propias normas o estándares nacionales, y no pueden reflejar fielmente la capacidad de carga del convertidor. Por lo tanto, al elegir un convertidor de frecuencia, se debe tomar como referencia el principio de que la corriente nominal del motor no supere la corriente nominal del convertidor. Además, al elegir un convertidor de frecuencia, es importante comprender las condiciones del proceso y los parámetros relevantes del motor, así como su tipo y características de funcionamiento.
(1) Selección de la corriente nominal del convertidor de frecuencia. Según las especificaciones de diseño, para garantizar el funcionamiento seguro y fiable del convertidor de frecuencia, su corriente nominal debe ser mayor que la corriente nominal de la carga (motor), especialmente en motores con características de carga que cambian con frecuencia. La experiencia demuestra que la corriente nominal de un convertidor de frecuencia es más de 1,05 veces la corriente nominal de un motor.
(2) Selección de la tensión nominal para los convertidores de frecuencia. La tensión nominal del convertidor de frecuencia se selecciona en función de la tensión del bus de entrada. En principio, la tensión nominal del convertidor de frecuencia debe ser coherente con la tensión de entrada. Si la tensión de entrada es demasiado alta, el convertidor de frecuencia [3] sufrirá daños.
2. Precauciones para la selección de convertidores de frecuencia de baja tensión
(1) Haga coincidir el tipo de carga con el convertidor de frecuencia.
La carga de la industria petroquímica incluye principalmente bombas y ventiladores. Las bombas se dividen en bombas de agua, bombas de aceite, bombas de aditivos, bombas dosificadoras, bombas elevadoras, bombas mezcladoras y bombas de lavado. Entre ellas, las bombas elevadoras, bombas mezcladoras y bombas de lavado son en su mayoría de servicio pesado, mientras que el resto son cargas convencionales. Los ventiladores se dividen en ventiladores enfriados por aire, ventiladores de tiro inducido de caldera, ventiladores axiales, compresores de aire, etc. Cuando se encienden el ventilador de enfriamiento de aire y el ventilador de tiro inducido de caldera, ambos son cargas pesadas, generalmente consideradas cargas pesadas, y el resto son cargas convencionales. Al elegir un convertidor de frecuencia, la selección debe basarse en las propiedades de la carga. Si el tipo de carga no está claro o puede cambiar bajo diferentes condiciones de proceso, se recomienda elegir un convertidor de frecuencia basado en la carga pesada para evitar desajustes de selección.
(2) Las condiciones ambientales afectan al convertidor de frecuencia.
Normalmente, los convertidores de frecuencia requieren temperaturas y humedades ambientales más elevadas. Cuando la temperatura ambiente es inferior a 30 °C, la humedad relativa es inferior al 80 % y la altitud es inferior a 100 metros, el convertidor de frecuencia funciona de forma segura a la corriente nominal. Si la temperatura ambiente supera los 40 °C, la capacidad y la corriente reales del convertidor de frecuencia disminuirán gradualmente con el aumento de la temperatura. Si la humedad relativa supera el 90 %, puede producirse condensación, lo que provoca cortocircuitos en los componentes internos del convertidor de frecuencia. Si la altitud supera los 100 metros, la potencia de salida del convertidor de frecuencia disminuirá. Además, se debe evitar el uso de convertidores de frecuencia en entornos polvorientos.
(3) Selección de componentes opcionales para convertidores de frecuencia.
La selección incorrecta de componentes opcionales para convertidores de frecuencia puede provocar una alta tasa de fallos, concentrada principalmente en la selección de filtros y reactores.
3、 Aplicación práctica del convertidor de frecuencia de bajo voltaje
1. Conexión primaria del convertidor de frecuencia de baja tensión
Debido al impacto significativo de las posiciones de instalación de contactores, filtros y reactores en el circuito primario del convertidor de frecuencia, a continuación nos centraremos en analizar estos tres dispositivos.
(1) Contactor
Existen dos métodos principales de conexión para los contactores: instalación en la parte trasera del inversor y instalación en la parte delantera. El contactor se instala en la parte trasera del inversor y tiene la ventaja de que no sufre impactos frecuentes cuando el motor se arranca con frecuencia. La desventaja es que el tiempo de carga del convertidor de frecuencia es largo y se produce pérdida de potencia. El contactor se instala en la parte delantera del inversor y tiene la ventaja de cortar completamente la alimentación cuando el motor está en modo de espera sin perder potencia. La desventaja es que el arranque frecuente del motor provocará descargas eléctricas frecuentes en el convertidor de frecuencia, lo que afectará la vida útil de sus componentes.
En resumen, si el motor arranca con poca frecuencia, el contactor puede instalarse en la parte delantera y trasera del inversor, pero es más adecuado instalarlo en la parte trasera. Si el motor arranca con frecuencia, se recomienda instalar el contactor en la parte trasera.
(2) Filtro
El filtro de entrada se utiliza principalmente para filtrar la red eléctrica, suprimir los efectos armónicos de la red eléctrica en el convertidor de frecuencia y suprimir los armónicos generados por la rectificación del convertidor de frecuencia que regresan a la red eléctrica; El filtro de salida optimiza principalmente el convertidor de frecuencia, filtra los armónicos y hace que la forma de onda de salida sea más sinusoidal.
(3) Reactor
El reactor de entrada puede suprimir los armónicos en el lado de la red y proteger el puente rectificador; cuando el cable de salida del convertidor de frecuencia excede la longitud especificada (generalmente se permite una longitud de cable de 250 m), se debe seleccionar un reactor de salida.
2. Entorno de instalación del convertidor de frecuencia de baja tensión
Experimentos han demostrado que la tasa de fallos de los convertidores de frecuencia aumenta significativamente en entornos hostiles, especialmente cuando son sensibles a la temperatura, la humedad y el polvo. Por lo tanto, al elegir un entorno de instalación, es fundamental elegir uno con temperatura y humedad controlables y bajo nivel de polvo.
(1) Temperatura ambiental
En la práctica, se ha descubierto que los convertidores de frecuencia son adecuados para trabajar en entornos con temperaturas inferiores o iguales a 35 grados Celsius; de lo contrario, cuanto mayor sea la temperatura, menor será la capacidad de carga del convertidor de frecuencia.
(2) Humedad ambiental
Cuando la humedad ambiental es alta, el inversor es propenso a la condensación en su interior, lo que puede causar fácilmente cortocircuitos. Por lo tanto, es fundamental controlar la humedad ambiental del convertidor de frecuencia.
(3) Entorno de polvo
Los convertidores de frecuencia deben utilizarse en entornos polvorientos tanto como sea posible, ya que la acumulación de polvo puede provocar cortocircuitos y daños en los componentes electrónicos del convertidor de frecuencia.
4. Fallos comunes y soluciones de los convertidores de frecuencia de baja tensión
1. No se puede iniciar
Motivo: Se produce por una inercia rotacional excesiva o por un par de la carga.
Solución: Aumente la frecuencia de arranque y el torque adecuadamente y verifique los ajustes de protección.
2. Disparo por sobretensión
Motivo: Causado por un alto voltaje en la fuente de alimentación o un tiempo de bajada corto.
Solución: Verifique si el estado de ejecución es normal.
3. Sobrecarga
Motivo: La capacidad de sobrecarga del inversor de bajo voltaje es relativamente pobre o las configuraciones de los parámetros del motor no son razonables.
Solución: Verifique el circuito de detección de corriente interna y la configuración de los parámetros del convertidor de frecuencia.