¿Qué es la unidad de frecuencia variable (VFD) y el principio de funcionamiento de los VFD?

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Es importante conocer el funcionamiento de los VFD o los variadores de frecuencia (VFD), ya que se utilizan ampliamente en aplicaciones accionadas por motores de CA, como variador de frecuencia para control de motores , por su gran variedad de características.

Accionamientos de frecuencia variable

Accionamientos de frecuencia variable



En comparación con los accionamientos de motor convencionales, el VFD tiene una mayor funcionalidad y capacidad de operación. Además del control de velocidad ajustable, los variadores de frecuencia ofrecen protecciones como protección de fase, subtensión y sobretensión. El software y las opciones de interfaz de los VFD permiten al usuario controlar los motores en los niveles deseados.


¿Qué es la unidad de frecuencia variable (VFD)?

La velocidad del motor de CA se controla de dos formas: controlando el voltaje o la frecuencia. El control de frecuencia proporciona un mejor control debido a la densidad de flujo constante que el control de voltaje. Aquí es donde entra en juego el funcionamiento de los VFD. Es un dispositivo de conversión de energía que convierte el voltaje fijo, la frecuencia fija de la potencia de entrada en voltaje variable, la salida de frecuencia variable para controlar los motores de inducción de CA.



Consiste en dispositivos electrónicos de potencia (como IGBT, MOSFET), una unidad de control central de alta velocidad (como un microprocesador, DSP) y dispositivos de detección opcionales según la aplicación utilizada.

La mayoría de las aplicaciones industriales requieren velocidades variables en condiciones de carga máxima y velocidades constantes en condiciones normales de funcionamiento. El funcionamiento en circuito cerrado de los VFD mantiene la velocidad del motor a un nivel constante, incluso en caso de perturbaciones de entrada y carga.

Trabajo de VFD

Las dos características principales del variador de frecuencia son velocidades ajustables y capacidades de arranque / parada suave. Estas dos características hacen que el VFD sea un controlador poderoso para controlar los motores de CA. El VFD consta principalmente de cuatro secciones: rectificador, enlace de CC intermedio, inversor y circuito de control.


Trabajo de VFD

Trabajo de VFD

Rectificador:

Es la primera etapa de un variador de frecuencia. Convierte la alimentación de CA alimentada desde la red a la alimentación de CC. Esta sección puede ser unidireccional o bidireccional según la aplicación utilizada, como la operación de cuatro cuadrantes del motor. Utiliza diodos, SCR, transistores y otros dispositivos de conmutación electrónicos.

Si usa diodos, la potencia de CC convertida es una salida no controlada mientras se usa SCR, la potencia de salida de CC varía mediante el control de puerta. Se requiere un mínimo de seis diodos para la conversión trifásica, por lo que la unidad rectificadora se considera un convertidor de seis pulsos.

Bus de CC:

La alimentación de CC de la sección del rectificador se alimenta al enlace de CC. Esta sección consta de condensadores e inductores para suavizar las ondulaciones y almacenar la energía de CC. La función principal del enlace de CC es recibir, almacenar y entregar energía de CC.

Inversor:

Esta sección se compone de interruptores electrónicos como transistores, tiristores, IGBT, etc. Recibe energía de CC del enlace de CC y la convierte en CA que se envía al motor. Usa técnicas de modulación me gusta modulación de ancho de pulso para variar la frecuencia de salida para controlar la velocidad del motor de inducción.

Circuito de control:

Consiste en una unidad de microprocesador y realiza varias funciones como controlar, configurar los ajustes del variador, condiciones de falla y interfaz de protocolos de comunicación . Recibe una señal de retroalimentación del motor como referencia de velocidad actual y, en consecuencia, regula la relación de voltaje a frecuencia para controlar la velocidad del motor.

Aplicación de implementación de VFD

Aplicación de implementación de VFD

Aplicación de implementación de VFD

VFD también se puede implementar mediante el circuito del microcontrolador que se muestra a continuación. Similar al VFD, también consta de una sección de rectificador, filtrado y luego una sección de inversor. Aquí la sección del inversor obtiene los pulsos de disparo del microcontrolador programado para proporcionar voltaje y frecuencia variables a la carga. Este proyecto se llama monofásico a convertidor trifásico usando SVPWM para controlar el voltaje CA y la frecuencia a través de la carga

Aplicación de VFD

La aplicación de VFD es control de velocidad del motor de CA mediante cicloconvertidores .

La energía de la red eléctrica se alimenta al circuito rectificador que convierte la CA fija en CC fija. Los convertidores de tres patas consisten en dos diodos conectados en paralelo para cada fase, de modo que uno de los diodos conduce cuando la fase particular es comparativamente más positiva o negativa.

Aplicación de VFD

Aplicación de VFD

La tensión de CC pulsada generada por el rectificador se aplica al circuito de enlace de CC. Este circuito intermedio comprende inductores y condensadores. Filtra la CC pulsada reduciendo el contenido de ondulación y le da a la potencia CC un nivel constante.

Para proporcionar voltaje variable y frecuencia variable al motor, la potencia de CC del enlace de CC debe convertirse en CA variable mediante el inversor. El inversor consta de IGBT como dispositivos de conmutación controlados por la técnica PWM.

De manera similar al circuito rectificador, los interruptores inversores también pertenecen a dos grupos como positivo y negativo. El IGBT del lado positivo es responsable del pulso positivo y el IGBT del lado negativo del pulso negativo en la salida del inversor. Entonces, la salida obtenida es una corriente alterna que se aplica al motor.

La variación del período de conmutación regula la tensión y la frecuencia simultáneamente en el inversor. El VFD moderno utiliza las últimas técnicas de control, como controles escalares, vectoriales y de par directo, para controlar los interruptores del inversor para lograr la potencia variable.

Formas de onda de salida de VFD

Formas de onda de salida de VFD

La figura anterior muestra cómo el voltaje y la frecuencia varían mediante un variador de frecuencia. Por ejemplo, se aplica un suministro de CA de 480 V, 60 Hz al VFD, que varía el voltaje y la frecuencia de la señal para controlar la velocidad.

A medida que disminuye la frecuencia, también disminuye la velocidad del motor. En la figura anterior, la potencia promedio aplicada al motor está disminuyendo mientras disminuye tanto el voltaje como la frecuencia, siempre que la relación de estos dos parámetros sea constante.

Beneficios de VFD

VFD conectado al motor

VFD conectado al motor

Los variadores de frecuencia no solo ofrecen velocidades ajustables para aplicaciones de control precisas y precisas, sino que también tienen más beneficios en términos de control de procesos y Conservacion de energia . Algunos de estos se dan a continuación.

El ahorro de energía

Más del 65% de la energía es consumida por motores eléctricos en las industrias. Tanto la técnica de control de magnitud como la de frecuencia para variar la velocidad consume menos energía cuando el motor requiere velocidad variable. De modo que estos VFD conservan una gran cantidad de energía.

Control de circuito cerrado

El VFD permite un posicionamiento preciso de la velocidad del motor comparándolo continuamente con la velocidad de referencia incluso ante cambios en las condiciones de carga y perturbaciones de entrada como fluctuaciones de voltaje.

• Limita la corriente de arranque

El motor de inducción consume corriente que es de 6 a 8 veces la corriente nominal en el arranque. En comparación con los arrancadores convencionales, los VFD ofrecen mejores resultados porque ofrecen baja frecuencia en el momento del arranque. Debido a la baja frecuencia, el motor consume menos corriente y esta corriente nunca excede su capacidad nominal tanto en el arranque como en el funcionamiento.

• Funcionamiento suave

Ofrece operaciones suaves al arrancar y parar y también reduce la tensión térmica y mecánica en los motores y las transmisiones por correa.

Factor de potencia alto

El circuito de corrección del factor de potencia incorporado en el enlace de CC del VFD reduce la necesidad de dispositivos de corrección del factor de potencia adicionales.

El factor de potencia para el motor de inducción es muy bajo para aplicaciones particularmente sin carga, mientras que a plena carga es de 0.88 a 0.9. El factor de potencia bajo da como resultado una mala utilización de la energía debido a las altas pérdidas reactivas.

Fácil instalación

Los VFD preprogramados y cableados de fábrica ofrecen una forma sencilla de conexión y mantenimiento.

Espero que en nuestro artículo se le haya proporcionado un conocimiento amplio y preciso sobre el funcionamiento de los VFD. Gracias por dedicar su valioso tiempo. Tenemos una tarea sencilla para usted: ¿Cuáles son los diferentes tipos de VFD? Por favor, dé sus respuestas en la sección de comentarios a continuación. Si tiene alguna duda sobre este tema o sobre el proyectos electronicos También puede compartir sus comentarios y sugerencias sobre este artículo en la sección de comentarios a continuación.

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