Mientras que todos los variadores de frecuencia variable
(VFDs) controlan la velocidad de un motor de inducción AC variando el voltaje
suministrado del motor y la frecuencia de la energía, no hacen uso del mismo
diseño. Hay tres tipos de diseños VFD principales comúnmente usados hoy:
Modulación de anchura de pulso (PWM), inversor de fuente de corriente (CSI), e
inversor de fuente de voltaje (VSI). Recientemente, el variador de vector de
flujo es también popular.
Comparemos estas tecnologías
Diseño PWM
El variador PWM es el controlador más comúnmente usado
porque trabaja bien con motores cuyo rango de trabajo va de ½ hp a 500 hp. Un
motivo significativo para su popularidad es que es altamente fiable, asequible
y refleja al menos la cantidad de armónicos que vuelven a su fuente de
potencia. La mayoría de las unidades están clasificadas 230 0 460 V,
trifásicas, y proporcionan frecuencias de salida que van de 2 Hz a 400 Hz.
El voltaje de la línea de alimentación AC pasa a la sección
del convertidor que causa que un convertidor de puente de diodo y grandes
condensadores DC se crean y mantienen un voltaje del bus DC fijo y estable. El
voltaje DC pasa a la sección del inversor usualmente equipado con transistores
bipolares de puerta aislada (IGBTs), que regulan tanto el voltaje como la
frecuencia al motor para producir una onda próxima a la sinusoidal.
El término modulación de anchura de pulso explica cómo cada
transición de la salida de voltaje alterno es actualmente una serie de pulsos
cortos de anchura variable. Variando la anchura de los pulsos en cada medio
ciclo, la potencia promedio producida tiene una salida similar a un seno. El
número de transiciones desde el positivo al negativo por segundo determina la
frecuencia actual al motor.
Las velocidades de conmutación de IGBTs en un variador PWM
puede tener un rango que va de 2 kHz a 15 kHz. Los diseños PWM más nuevos de
hoy usan IGBTs de potencia, que operan en estas tres frecuencias. Teniendo más
pulsos en cada ciclo, el silbido del motor asociado con las aplicaciones del
VFD se reducen debido a que los devanados del motor están ahora oscilando a una
frecuencia que va más allá del espectro del oído humano. Asimismo, la forma de
onda de la corriente al motor se alisa cuando los picos de corriente se
eliminan.
La tecnología PWMs tiene las siguientes ventajas:
- Excelente factor de potencia de entrada debido a un voltaje del bus DC fijo.
- No se produce cogging (fuerza no uniforme) en los inversores de seis pasos.
- Eficiencias más altas: 92 al 96 %
- Compatibilidad con aplicaciones multimotor.
- Capacidad para asumir pérdidas de entre 3 y 5 Hz.
- Bajos costes iniciales.
Las siguientes son desventajas, sin embargo, que deberíamos
considerar.
- Calentamiento del motor y descomposición del aislamiento en algunas aplicaciones debido a la conmutación de transistores de alta frecuencia.
- No hay operación regenerativa.
- Armónicos de potencia del lado de línea (dependiendo de la aplicación y tamaño del variador).
Diseño CSI
La fuente de potencia
entrante al diseño del CSI se convierte en voltaje DC en una sección del
convertidor SCR, que regula la potencia entrante y produce un voltaje del bus
DC variable. Este voltaje se regula por el disparo del SCRs en lo necesario
para mantener el ratio voltio/hercio apropiado. SCRs se usan también en la
sección del inversor para producir la salida de frecuencia variable al motor.
Los variadores CSI son inherentemente reguladores de corriente y requieren un
gran inductor interno para operar, además de una carga de motor.
La tecnología CSI tiene
las siguientes ventajas:
·
Fiabilidad debido a la operación de limitación de corriente inherente.
·
Capacidad de potencia regenerativa.
·
Circuitería simple.
La siguientes son
desventajas en el uso de tecnología CSI.
·
Gran generación de armónicos a la fuente de potencia.
·
Cogging por debajo de 6 Hz debido a la producción de ondas cuadradas.
·
Uso de inductores grandes y costosos.
·
Golpes de alto voltaje a los devanados del motor.
·
Dependencia de la carga; pobres aplicaciones multimotor.
·
Pobre factor de potencia debido a la sección de convertidores SCR.
Ver 2ª PARTE
0 comentarios:
Publicar un comentario