Un variador de frecuencia (VFD) es un dispositivo eléctrico que se utiliza para controlar la velocidad y el rendimiento de motores eléctricos y se utiliza ampliamente en el campo del control de automatización industrial. Regula la frecuencia de salida y el voltaje de los motores de CA, controlando así la velocidad y el par del motor, y permitiendo un control inteligente, eficiente y -de ahorro de energía del equipo.
Un variador de frecuencia consta principalmente de una sección de transmisión de energía, una sección rectificadora, una sección inversora y circuitos de control. La sección de transmisión de energía utiliza un transformador para reducir el voltaje de entrada de la red (generalmente 380 V o 220 V) al voltaje de entrada requerido. La sección del rectificador convierte la energía de CA de entrada en energía de CC, mientras que la sección del inversor convierte la energía de CC nuevamente en energía de CA de alta-frecuencia. Los circuitos de control enrutan y procesan señales de control para regular la salida del variador.
Las funciones principales de un VFD incluyen control de motor de velocidad variable-, regulación de potencia y protección contra sobrecargas y sobretensiones de la red eléctrica. Al ajustar la frecuencia de salida y el voltaje del VFD, se puede lograr un control confiable y preciso del motor bajo cargas variables, al mismo tiempo que se implementan varias estrategias de control del motor, como control de zona, control vectorial y control de bucle abierto-.
Debido a sus ventajas de funcionamiento estable, importantes mejoras de rendimiento y ahorro de energía, los variadores de frecuencia se utilizan ampliamente en diversos procesos y campos de producción, como control de bombas, sistemas de ventilación, sistemas de refrigeración, producción en fábrica y robótica.
Principio de funcionamiento de un variador de frecuencia
Un variador de frecuencia es un dispositivo eléctrico que se utiliza para regular la velocidad de funcionamiento de un motor de CA. Su principio básico de funcionamiento es el siguiente:
El inversor convierte la energía CC en energía CA y ajusta la velocidad de funcionamiento y el par del motor controlando parámetros como el voltaje, la frecuencia y la fase. El proceso operativo específico se puede dividir en términos generales en los siguientes pasos:
1. Rectificación: El inversor utiliza un circuito rectificador para convertir la energía de CA de la red eléctrica en energía de CC.
2. Filtrado: un circuito de filtrado garantiza que la energía CC se entregue sin problemas al circuito inversor, evitando que el ruido de pulso de alta-frecuencia de la corriente contamine la fuente de alimentación.
3. Inversión: El circuito inversor convierte la energía CC en la energía CA requerida.
4. Control de salida: Al controlar el voltaje, la frecuencia y la fase de la salida del circuito inversor, el VFD ajusta el estado operativo del motor para lograr un control continuo de la velocidad del motor.
5. Funciones de protección: El inversor también cuenta con varias funciones de protección, como protección contra sobrecorriente, sobrecarga, sobretensión y subtensión, lo que garantiza el funcionamiento seguro y estable tanto del motor como del inversor.
En resumen, el inversor ajusta el estado operativo del motor controlando parámetros como la frecuencia y el voltaje de CA, lo que permite un control continuo de la velocidad para cumplir con los requisitos de control del motor de diversas aplicaciones.
Estructura del circuito principal de un variador de frecuencia
La estructura del circuito principal de un variador de frecuencia consta principalmente de un circuito rectificador, condensadores intermedios, un circuito inversor y un circuito de filtro de salida. En concreto, comprende los siguientes componentes:
1. Circuito rectificador: El circuito rectificador de un variador de frecuencia consta principalmente de un puente rectificador y condensadores de CC. Al agregar un puente rectificador y un filtro de CC al terminal de entrada de CA original, el voltaje de CA se convierte en voltaje de CC.
2. Condensadores intermedios: Los condensadores intermedios se utilizan principalmente para garantizar un voltaje de CC uniforme y estable del inversor, al mismo tiempo que sirven como filtro de salida.
3. Circuito inversor: el circuito inversor incluye varias topologías, como configuraciones de medio-puente y-puente completo, para convertir voltaje de CC en voltaje de CA. Utiliza control PWM para generar voltaje de CA con una forma de onda casi-sinusoidal, logrando así control de velocidad.
4. Circuito de filtro de salida: El circuito de filtro de salida consta principalmente de dos tipos: filtros tipo L-y filtros tipo LC-. Estos se utilizan para filtrar el ruido de alta-frecuencia generado por el circuito inversor, produciendo así un voltaje de CC sinusoidal suave en el terminal de salida.
En resumen, la estructura del circuito principal de un variador de frecuencia (VFD) requiere la selección de componentes adecuados según los requisitos de la aplicación real, incluidos dispositivos activos (como IGBT y MOSFET) y dispositivos pasivos (como condensadores e inductores), para lograr un control continuo de la velocidad del motor.
Estructura del circuito de control de un variador de frecuencia
La estructura del circuito de control de un variador de frecuencia se divide principalmente en los siguientes componentes: interfaces periféricas, unidad de procesamiento de señales de entrada, unidad central de procesamiento, unidad de control de señales de salida y unidad de fuente de alimentación.
1. Interfaces Periféricas: Incluyen interfaces de conexión para señales de entrada y salida, utilizadas para la comunicación e interacción con dispositivos externos.
2. Unidad de procesamiento de señales de entrada: esta unidad procesa y convierte varias señales de entrada. Acepta múltiples tipos de señales de entrada, como señales analógicas o digitales, y las convierte en señales de control estándar para enviarlas a la unidad central de procesamiento, permitiendo así la identificación y el procesamiento de señales de control.
3. Unidad Central de Procesamiento: Este es el componente central del inversor, responsable de calcular y controlar la frecuencia y el voltaje de salida del motor, así como de controlar el funcionamiento de los componentes de salida como los inversores IGBT. La unidad central de procesamiento normalmente contiene una o más CPU y memoria interna para almacenar parámetros establecidos y programas de control.
4. Unidad de control de señal de salida: Esta unidad controla el funcionamiento de los componentes de salida. Al controlar componentes de salida como los IGBT, regula la frecuencia y el voltaje de salida del motor, controlando así la velocidad y el par del motor.
5. Unidad de fuente de alimentación: esta unidad proporciona una fuente de alimentación estable y utiliza componentes como filtros para filtrar y suavizar las ondulaciones de alta-frecuencia en la salida del motor, lo que garantiza la estabilidad y confiabilidad del sistema.
En resumen, la estructura del circuito de control de un variador de frecuencia consta de múltiples módulos, cada uno de los cuales realiza una función específica. Estos módulos trabajan en conjunto para lograr colectivamente las funciones de control del variador.