¿Qué es un convertidor de frecuencia, cómo funciona y para qué sirve?
Definición
Por definición, un convertidor de frecuencia es un convertidor de potencia electrónico para cambiar la frecuencia de una corriente alterna. Pero dependiendo del rendimiento, cambian tanto el nivel de voltaje como el número de fases. Puede que no esté completamente claro por qué se necesita un dispositivo de este tipo, pero trataremos de informarle al respecto en palabras simples.
La frecuencia de rotación del eje de los motores síncronos y asíncronos (HELL) depende de la frecuencia de rotación del flujo magnético del estator y está determinada por la fórmula:
n = (60 * F / p) * (1-S),
donde n es el número de revoluciones del eje HELL, p es el número de pares de polos, s es deslizamiento, f es la frecuencia de la corriente alterna.
En términos simples, la velocidad del rotor depende de la frecuencia y el número de pares de polos. El número de pares de polos está determinado por el diseño de las bobinas del estator, y la frecuencia de la corriente en la red es constante. Por lo tanto, para regular la velocidad, solo podemos controlar la frecuencia con la ayuda de convertidores.
Dispositivo
En vista de lo anterior, reformulamos la respuesta a la pregunta de qué es:
Un convertidor de frecuencia es un dispositivo electrónico para cambiar la frecuencia de una corriente alterna y, por lo tanto, la velocidad de rotación del rotor de una máquina eléctrica asíncrona (y síncrona).
Símbolo gráfico de acuerdo con GOST 2.737-68 que puede ver a continuación:
Se llama electrónica porque se basa en un circuito conmutador de semiconductores. Dependiendo de las características funcionales y el tipo de control, se modificarán tanto el diagrama del circuito como el algoritmo de operación.
En el diagrama a continuación, verá cómo está organizado el convertidor de frecuencia:
El principio de funcionamiento del convertidor de frecuencia es el siguiente:
- La tensión de red se suministra al rectificador 1 y se convierte en una pulsación rectificada.
- En el bloque 2, las pulsaciones se suavizan y el componente reactivo se compensa parcialmente.
- El bloque 3 es un grupo de interruptores de potencia controlados por un sistema de control (4) que utiliza modulación de ancho de pulso (PWM). Este diseño le permite obtener un voltaje regulado por PWM de dos niveles en la salida, que, después del suavizado, se aproxima a una forma sinusoidal. En modelos caros, se ha utilizado un esquema de tres niveles, donde se utilizan más claves. Le permite acercarse a la forma de onda sinusoidal. Como interruptores semiconductores se pueden utilizar tiristores, efectos de campo o transistores IGBT. Recientemente, los dos últimos tipos son los más demandados y populares debido a la eficiencia, las pequeñas pérdidas y la facilidad de administración.
- Usando PWM, se forma el nivel de voltaje requerido, en palabras simples: así es como se modula la onda sinusoidal, que incluye alternativamente pares de teclas, formando voltaje de línea.
Así que describimos brevemente cómo funciona el convertidor de frecuencia para un motor eléctrico y en qué consiste. Se utiliza como fuente de alimentación secundaria y no solo controla la forma de la red de suministro actual, sino que convierte su valor y frecuencia de acuerdo con los parámetros especificados.
Tipos de chastotniks y alcance
Métodos de gestión
El ajuste de la velocidad puede llevarse a cabo de diferentes maneras, tanto por el método de configuración de la frecuencia requerida como por el método de regulación. Chastotniki según el método de control se divide en dos tipos:
- Con control escalar.
- Con control vectorial.
Los dispositivos del primer tipo regulan la frecuencia de acuerdo con una función U / F dada, es decir, el voltaje cambia junto con la frecuencia. Un ejemplo de tal dependencia del voltaje en la frecuencia se puede observar a continuación.
Puede ser diferente y programado para una carga específica, por ejemplo, en los ventiladores no es lineal, sino que se asemeja a una rama de parábola. Este principio de funcionamiento mantiene el flujo magnético en el espacio entre el rotor y el estator casi constante.
Una característica del control escalar es su prevalencia y relativa facilidad de implementación. Se usa con mayor frecuencia para bombas, ventiladores y compresores. Tales chastotniks se usan a menudo si es necesario mantener una presión estable (u otro parámetro), pueden ser bombas sumergibles para pozos, si consideramos el uso doméstico.
En producción, el alcance es amplio, por ejemplo, el control de presión en las mismas tuberías y el rendimiento de los sistemas de ventilación automáticos. El rango de control suele ser 1:10, en términos simples, la velocidad máxima del mínimo puede diferir en 10 veces. Debido a las peculiaridades de la implementación de algoritmos y circuitos, tales dispositivos suelen ser más baratos, lo cual es la principal ventaja.
Desventajas
- Soporte de revoluciones no muy preciso.
- Respuesta más lenta al cambio de régimen.
- Muy a menudo no hay forma de controlar el momento en el eje.
- Con un aumento en la velocidad por encima de la nominal, el momento en el eje del motor cae (es decir, cuando elevamos la frecuencia por encima de los 50 Hz nominales).
Esto último se debe al hecho de que el voltaje en la salida depende de la frecuencia, a la frecuencia nominal el voltaje es igual al voltaje de la red y el chastotnik no sabe cómo elevarlo más, en el gráfico se puede ver una parte uniforme de la gráfica después de 50 Hz. Cabe señalar que la dependencia del momento en la frecuencia, cae de acuerdo con la ley 1 / f, se muestra en rojo en el gráfico a continuación, y la dependencia de la potencia en la frecuencia es azul.
Los convertidores de frecuencia controlados por vectores tienen un principio de funcionamiento diferente, aquí no se trata solo del voltaje que corresponde a la curva U / f. Las características del voltaje de salida varían de acuerdo con las señales de los sensores, de modo que se mantiene un cierto momento en el eje. Pero, ¿por qué necesitamos ese método de control? Un ajuste más preciso y rápido son las características de un convertidor de frecuencia controlado por vector. Esto es importante en tales mecanismos donde el principio de acción está asociado con un cambio brusco en la carga y el par en el cuerpo ejecutivo.
Tal carga es típica para torneado y otros tipos de máquinas, incluido el CNC. La precisión de la regulación es de hasta 1.5%, el rango de ajuste es 1: 100, para una mayor precisión con sensores de velocidad, etc. - 0.2% y 1: 10000, respectivamente.
Existe la opinión en los foros de que hoy la diferencia de precio entre los chastotniks vectoriales y escalares es menor que antes (15-35% según el fabricante), y la diferencia principal es más firmware que circuitos. También tenga en cuenta que la mayoría de los modelos vectoriales también admiten el control escalar.
Ventajas:
- mayor estabilidad y precisión;
- respuesta más rápida a los cambios de carga y alto par a baja velocidad;
- Amplio rango de regulación.
El principal inconveniente es que cuesta más que los escalares.
En ambos casos, la frecuencia se puede configurar manualmente o mediante sensores, por ejemplo, un sensor de presión o un medidor de flujo (si hablamos de bombas), un potenciómetro o un codificador.
Todos o casi todos los convertidores de frecuencia tienen una función de arranque suave, lo que facilita el arranque de los motores desde generadores de emergencia, prácticamente sin riesgo de sobrecargarlo.
Numero de fases
Además de los métodos de respuesta, los chastotniks difieren en el número de fases en la entrada y salida. Por lo tanto, distinga los convertidores de frecuencia con entrada monofásica y trifásica.
Al mismo tiempo, la mayoría de los modelos trifásicos pueden funcionar con una fase, pero con esta aplicación, su potencia disminuye al 30-50%. Esto se debe a la carga de corriente permitida en los diodos y otros elementos del circuito de alimentación. Los modelos monofásicos están disponibles en el rango de potencia de hasta 3 kW.
Importante! Tenga en cuenta que con una conexión monofásica con un voltaje de entrada de 220V, habrá una salida de 3 fases de 220V, y no de 380V. Es decir, la salida lineal será exactamente 220V, en resumen. A este respecto, los motores comunes con bobinados diseñados para un voltaje de 380 / 220V deben conectarse en un triángulo, y los de 127 / 220V - en una estrella.
En la red puede encontrar muchas ofertas, como "convertidor de frecuencia de 220 a 380". En la mayoría de los casos, esto es marketing, los vendedores llaman a las tres fases "380V".
Para obtener 380V reales de una fase, debe usar un transformador monofásico 220/380 (si la entrada del convertidor de frecuencia está diseñada para tal voltaje), o usar un convertidor de frecuencia especializado con una entrada monofásica y una salida trifásica de 380V.
Un tipo de convertidores de frecuencia separado y más raro son los inversores monofásicos con una salida monofásica 220. Están diseñados para regular motores monofásicos con arranque por condensador. Un ejemplo de tales dispositivos son:
- ERMAN ER-G-220-01
- INNOVERT IDD
Diagrama de cableado
En realidad, para obtener una salida trifásica de un convertidor de frecuencia de 380V, necesita conectar una entrada trifásica de 380V:
Conectar un chastotnik a una fase es similar, excepto para conectar los cables de alimentación:
Un convertidor de frecuencia monofásico para un motor con condensador (bomba o ventilador de baja potencia) se conecta de la siguiente manera:
Como puede ver en los diagramas, además de los cables de alimentación y los cables al motor, el convertidor de frecuencia tiene otros terminales, sensores, botones del panel de control remoto, buses para conectarse a una computadora (generalmente estándar RS-485) y otros están conectados a ellos. Esto hace posible controlar el motor a través de cables de señal finos, lo que le permite quitar el convertidor de frecuencia en un panel eléctrico.
Los trazadores de frecuencia son dispositivos universales, cuyo propósito no es solo el ajuste de la velocidad, sino también la protección del motor eléctrico contra los modos de funcionamiento incorrectos y la fuente de alimentación, así como contra sobrecargas. Además de la función principal, los dispositivos realizan un arranque suave de las unidades, lo que reduce el desgaste del equipo y las cargas de energía. El principio de operación y la profundidad de la configuración de parámetros de la mayoría de los convertidores de frecuencia le permite ahorrar electricidad al controlar las bombas (anteriormente el control se realizó no debido al rendimiento de la bomba, sino al uso de válvulas) y otros equipos.
Aquí es donde terminamos la consideración del problema. Esperamos que después de leer el artículo comprenda qué es un convertidor de frecuencia y por qué es necesario. Finalmente, recomendamos ver un video útil sobre el tema:
Seguramente no sabes:
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