Un variable frequency drive es un tipo de accionamiento de motor que controla la velocidad y el par del motor variando la frecuencia de la corriente suministrada a los motores eléctricos. Por muy sencillo que parezca, el proceso implica una serie de pasos, incluyendo rectificación, filtrado e inversión. Este artículo se centra en el funcionamiento del variador de frecuencia (VFD), principalmente en cómo controla la velocidad de los motores eléctricos trifásicos.

Ejemplo de diagrama de circuito de VFD

Antes de explicar el funcionamiento del variador de velocidad, veamos el siguiente diagrama de circuito de VFD que visualiza los componentes principales del variador de frecuencia. Esto puede ayudar a comprender mejor cómo funciona un variador de frecuencia:

¿Cómo funciona un variador de frecuencia?

Es notable que la corriente alterna trifásica fluye a través de un rectificador (convertidor), un filtro y un inversor en secuencia antes de entrar al motor eléctrico:

Rectificación

El recorrido del VFD comienza con el rectificador, donde la corriente alterna trifásica se convierte en corriente continua. Un rectificador típico es un rectificador de seis pulsos que consta de 6 diodos. Cada diodo tiene un ánodo y un cátodo. Las corrientes eléctricas solo pueden ir de los ánodos a los cátodos y solo habrá corrientes eléctricas si el voltaje en el ánodo es mayor que el del cátodo.

Como sabemos, la CA trifásica proporciona tres corrientes alternas en conductores separados. Estas corrientes fluctúan independientemente en sus ciclos de aumento y disminución. Cuando conectamos la CA trifásica al convertidor, solo 2 diodos deben estar abiertos al mismo tiempo, permitiendo que solo fluya 1 corriente. Como resultado, la CA se rectifica y se convierte en CC con rizado.

Filtración

A continuación, la corriente rectificada fluye a través del filtro/bus de CC. El bus de CC se utiliza para suavizar la ondulación en CC. Esto se hace a través de condensadores y resistencias. Aunque el bus de CC solo está representado por 1 condensador y 1 resistencia, en realidad hay varios condensadores y resistencias asociados en serie y en paralelo. Las resistencias se utilizan para dividir el voltaje y garantizar que todos los condensadores tengan el mismo voltaje. Los condensadores absorberán electrones cuando haya un exceso y los inyectarán cuando haya una reducción. Esto ayuda a suavizar las ondulaciones en CC.

Inversión

Este paso convierte la CC en CA como una salida modulada por ancho de pulso a través de un inversor. Un inversor es básicamente una serie de IGBT (transistores bipolares de puerta aislada), que pueden verse como interruptores que pueden encenderse/apagarse varios miles de veces por segundo. Los IGBT se abren y cierran en pares, es decir, la corriente puede fluir de la fase 1 a la 2, de la fase 1 a la 3, de la fase 2 a la 3, de la fase 2 a la 1, de la fase 3 a la 1 y de la fase 3 a la 2.

En el osciloscopio, la forma de onda se verá como CA trifásica, pero será un poco cuadrada y no aplicable a los motores eléctricos. Los IGBT pueden abrirse y cerrarse a diferentes velocidades y duraciones para cambiar la forma de onda. Esto se llama modulación por ancho de pulso, que ayuda a imitar una onda sinusoidal y CA más adecuada para los motores eléctricos.

Control de velocidad

La velocidad o revoluciones por minuto del motor eléctrico está relacionada con la frecuencia de la CA invertida (la velocidad es igual a la frecuencia dividida por los polos y multiplicada por 120). Cuanto mayor sea la frecuencia, mayor será la velocidad del motor eléctrico. Los VFD pueden ajustar la conmutación de los IGBT y cambiar la forma de onda. Al controlar la frecuencia, un VFD facilita el control de velocidad variable para motores eléctricos.

Conclusión

En resumen, un variador de frecuencia (VFD) es un tipo de dispositivo de control de motor que gestiona eficazmente la velocidad y el par del motor. A través de una secuencia de etapas que incluyen rectificación, filtrado e inversión, el VFD convierte la CA trifásica entrante en una salida de CA controlada que puede variar en frecuencia y voltaje. Esta capacidad permite un ajuste preciso de la velocidad del motor, crucial para optimizar la eficiencia y el rendimiento en diversas aplicaciones industriales y comerciales.

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