¿Por qué se utiliza CC en VFD?

Las aplicaciones industriales y comerciales modernas requieren variadores de frecuencia (VFD) para gestionar con precisión y eficiencia la velocidad y el par de los motores eléctricos. Un VFD logra esto ajustando la frecuencia y el voltaje de potencia del motor de CA. Curiosamente, los VFD utilizan CC (corriente continua) para convertir la electricidad mientras controlan los motores de CA.

Si los VFD están diseñados para alimentar motores de CA, ¿por qué utilizar CC? La estructura del VFD y sus mecanismos de conversión, control y suministro de potencia ofrecen la solución. A continuación, se presenta la explicación técnica y las ventajas del diseño.

Aprendiendo los conceptos básicos del funcionamiento del VFD

Para comprender por qué se utiliza la CC en los VFD, es necesario comprender su funcionamiento fundamental. Los VFD suelen tener tres etapas:

• Etapa de corrección
• Circuito intermedio o enlace de CC
• Etapa de inversión

La rectificación comienza cuando la corriente alterna (CA) de la fuente principal entra en un variador de frecuencia (VFD). Se utilizan diodos o tiristores controlados como rectificadores para convertir la CA en tensión continua.

La tensión de CC no es uniforme, por lo que se envía a través de un enlace de CC (bus de CC) mediante condensadores e inductores para filtrarla y estabilizarla. Esta tensión de CC uniforme se envía a un componente inversor que, mediante transistores o IGBT, la transforma de nuevo en CA de frecuencia variable para el funcionamiento del motor.

Función de conversión de energía de CC

La CC es necesaria para la conversión de potencia en un VFD. Generalmente, se emplea en la etapa intermedia, ya que proporciona un suministro de voltaje estable y regulado que permite que la etapa inversora configure correctamente la salida de CA.

Al convertir CA a CC y viceversa, el VFD puede gestionar mejor el voltaje y la frecuencia. La conversión directa de CA a CA de frecuencia variable sería más compleja e imprecisa.

Mejor control y precisión

Los beneficios técnicos de la CC en los sistemas VFD aumentan el control del motor y el rendimiento del sistema.

En primer lugar, controla con precisión la velocidad y el par del motor. El inversor puede crear varias frecuencias, ya que reconstruye la forma de onda de CA a partir de CC mediante Modulación por Ancho de Pulso (PWM). Se requieren velocidades de motor variables para cintas transportadoras, ventiladores, bombas y ascensores.

En segundo lugar, la etapa de CC permite que el VFD reaccione rápidamente a los cambios de carga. Para garantizar la estabilidad, el VFD puede modificar la frecuencia y el voltaje de salida en tiempo real a medida que aumenta la carga del motor. Estas modificaciones serían más lentas y menos precisas sin la conexión de CC.

En tercer lugar, los buses de CC mejoran el frenado y la regeneración. En muchas aplicaciones industriales, los motores deben reducir la velocidad rápidamente. La energía de desaceleración puede almacenarse en la conexión de CC o disiparse mediante resistencias de freno. La red eléctrica puede obtener esta energía mediante variadores de frecuencia regenerativos.

Calidad y eficiencia energética mejoradas

La eficiencia y la calidad de la energía son otra razón por la que los variadores de frecuencia utilizan CC. El enlace de CC proporciona una potencia constante y sin ondulaciones al inversor después de la rectificación, lo que garantiza una forma de onda de salida de alta calidad. Unas formas de onda más limpias minimizan la temperatura del motor, las pérdidas y el desgaste del sistema.

Los variadores de frecuencia avanzados emplean entradas activas (AFE) para suavizar y gestionar la tensión de CC y reducir los armónicos. Esto mejora el factor de potencia y reduce el ruido del sistema.

Seguridad y protección

Las etapas de CC aumentan la seguridad del VFD. Como amortiguador entre la entrada y la salida, el bus de CC aísla el motor y el variador de sobretensiones y fallos. El VFD puede detectar inmediatamente sobrecargas y cortocircuitos, cortando la alimentación antes de que se produzcan daños.

Los diagnósticos suelen incluir la monitorización del voltaje del bus de CC. Las anomalías en el voltaje de CC pueden indicar problemas en la fuente de alimentación, el rectificador o el condensador, lo que permite a los equipos de mantenimiento detectar y solucionar los problemas antes de que empeoren.

Conclusión

La CC es esencial para que los variadores de frecuencia regulen motores de CA. Los VFD proporcionan un rendimiento preciso, económico y adaptable al convertir CA en CC y viceversa.