Funcionamiento convertidor de frecuencia

Un convertidor de frecuencia o variador de frecuencia es un dispositivo electrónico que sirve para controlar principalmente el par, la velocidad y sentido de giro de un motor trifásico asíncrono de jaula de ardilla

Su funcionamiento interno puede dividirse en tres etapas.

Etapa 1

En la primera etapa se produce la rectificación de la corriente alterna mediante un puente de diodos.

Etapa 1. Rectificación de la corriente alterna.

Etapa 2

Filtro LC para eliminar el rizado de la señal y conseguir una corriente continua lo más plana posible.

Eliminación rizado de la señal.

Etapa 3

Mediante un inversor convertimos la señal de corriente continua en una señal trifásica de corriente alterna, las tres fases desfasadas 120 grados entre si.

Mediante la activación selectiva de interruptores conseguimos modificar la tensión y la frecuencia de esta señal.  Con la tensión controlaremos el par o fuerza de giro del motor y mediante la frecuencia variamos la velocidad del motor, ya que como sabemos la velocidad del motor se relaciona con la velocidad mediante la fórmula:

n = f x 60 / P

Etapa 3. Convertidor continua en alterna de diferente tensión y frecuencia.

La señal de salida en realidad no es una onda senoidal perfecta sino que se consigue una onda de pulsos mediante la modulación de señal PWM.  La modulación PWM genera pulsos de mayor o menor tensión y duración permitiendo simular la onda senoidal.

PWM: Modulación por ancho de pulsos.

Si consideramos la tres etapas juntas tendríamos el esquema global de un variador.

Esquema funcionamiento variador de frecuencia.

La interruptores de la última etapa realmente son interruptores electrónicos transistores o tiristores. El esquema sustituyendo los interruptores por transistores IGBT viene representado en la figura siguiente.

Modulación de señal mediante transistores IGBT en variador de frecuencia.

Curvas tensión-frecuencia y Par motor – frecuencia.

Como sabemos la inductancia de las bobinas del motor aumenta con la frecuencia.

XL = WL= 2 x π x f

Por tanto al aumentar la frecuencia obtendremos menos intensidad y menos par como resultado de la ley de OHM.

I = U/ XL

Para compensar esta pérdida de par motor la tensión aumentará proporcionalmente. De ahí el tramo inclinado tensión-frecuencia de la curva roja. Con esto conseguimos un par motor estable, línea azul.

Curva tensión, Par en función de la frecuencia en variadores de frecuencia

Al superar la frecuencia base, normalmente la frecuencia de red se produce lasaturación magnética del motor, a partir de esta frecuencia el par motor comienza a disminuir conforme se aumenta la frecuencia.

En la frecuencia base se consigue la tensión máxima de salida del variador.

Para compensar el par motor en el arranque y a bajas velocidades se añade un valor de tensión mínimo llamado en inglés Boost.