¿Cómo funciona un convertidor de frecuencia?

La primera etapa del convertidor de frecuencia de CA de frecuencia variable es el convertidor de frecuencia. El convertidor consta de seis diodos, similar a las válvulas de retención utilizadas en los sistemas de plomería. Permiten que la corriente fluya en una sola dirección: la dirección indicada por la flecha en el símbolo del diodo. Por ejemplo, siempre que el voltaje de la fase A (voltaje similar a la presión en la plomería) sea más positivo que el voltaje de la fase B o C, entonces el diodo se abrirá y permitirá que fluya la corriente. Cuando la fase B se vuelve más positiva que la fase A, el diodo de la fase B se abrirá y el diodo de la fase A se cerrará. Lo mismo ocurre con los 3 diodos en el lado negativo del bus. Entonces obtenemos seis pulsos de corriente cuando cada diodo se enciende y se apaga. Esto se denomina VFD de seis pulsos y es estándar en los convertidores de frecuencia actuales.

Podemos eliminar la ondulación de CA en el bus de CC agregando un condensador. Los condensadores funcionan de manera similar a los depósitos o acumuladores en los sistemas de tuberías. Este condensador absorbe la ondulación de CA y proporciona un voltaje de CC suave. La ondulación de CA en el bus de CC suele ser inferior a 3 voltios. Por lo tanto, el voltaje en el bus de CC llega a ser de aproximadamente 650 V CC. El voltaje real depende del nivel de voltaje alimentado a la línea de CA por el variador de frecuencia, el nivel de desequilibrio de voltaje en el sistema de alimentación, la carga del motor, la impedancia del sistema de alimentación y cualquier reactor o filtro de armónicos en el convertidor de frecuencia.

Un convertidor de puente de diodos que convierte CA en CC a veces se denomina simplemente convertidor. Un convertidor que vuelve a convertir CC en CA también es un convertidor, pero para distinguirlo de un convertidor de diodo, a menudo se le llama inversor. En la industria se ha vuelto común referirse a cualquier convertidor CC-CA como inversor.

Cuando cerramos uno de los interruptores superiores del inversor, la fase del motor se conecta al bus de CC positivo y el voltaje en esa fase se vuelve positivo. Cuando cerramos uno de los interruptores inferiores del convertidor, esa fase se conecta al bus de CC negativo y se vuelve negativa. Por lo tanto, podemos hacer que cualquier fase del motor sea positiva o negativa a voluntad, y así producir cualquier frecuencia que queramos. Entonces, podemos hacer que cualquier etapa sea positiva, negativa o cero.

La salida del VFD es una forma de onda rectangular. Los VFD no producen una salida sinusoidal. Esta forma de onda rectangular no es una buena opción para un sistema general de distribución de energía, pero es perfectamente adecuada para un motor eléctrico.

Si quisiéramos reducir la frecuencia del motor a 30 Hz, simplemente cambiaríamos los transistores de salida del inversor más lentamente. Sin embargo, si reducimos la frecuencia a 30 Hz, también debemos reducir el voltaje a 240 V para mantener la relación V/Hz.

Esto se llama modulación de ancho de pulso o PWM. Imagine que pudiéramos controlar la presión en las tuberías de agua abriendo y cerrando válvulas a alta velocidad. Si bien esto no es muy práctico para los sistemas de tuberías, funciona bien para los VFD. Tenga en cuenta que en el primer medio ciclo, el voltaje está ENCENDIDO la mitad del tiempo y APAGADO la mitad del tiempo. Entonces, el voltaje promedio es la mitad de 480V o 240V. Con la salida de pulsos podemos obtener cualquier voltaje promedio a la salida del VFD.