En varias situaciones, puede ser necesario convertir la frecuencia de la corriente inicial en una corriente con un voltaje de frecuencia regulado. Esto es necesario, por ejemplo, cuando se operan motores asíncronos para cambiar su velocidad de rotación. Este artículo discutirá el propósito y el principio de funcionamiento del convertidor de frecuencia.
Contenido
¿Qué es un convertidor de frecuencia?
Un convertidor de frecuencia (FC) es un dispositivo eléctrico que convierte y regula suavemente la corriente alterna monofásica o trifásica con una frecuencia de 50 Hz en un tipo similar de corriente con una frecuencia de 1 a 800 Hz. Dichos dispositivos se usan ampliamente para controlar el funcionamiento de varias máquinas eléctricas asíncronas, por ejemplo, para cambiar la frecuencia de su rotación. También existen dispositivos para su uso en redes industriales de alta tensión.
Los convertidores simples regulan la frecuencia y el voltaje de acuerdo con la característica V/f, los dispositivos complejos usan control vectorial.
El convertidor de frecuencia es un dispositivo técnicamente complejo y consta no solo de un convertidor de frecuencia, sino que también tiene protección contra sobrecorriente, sobretensión y cortocircuito. Además, dicho equipo puede tener un estrangulador para mejorar la forma de onda y filtros para reducir diversas interferencias electromagnéticas. Hay convertidores electrónicos, así como dispositivos de máquinas eléctricas.
El principio de funcionamiento del convertidor de frecuencia.
Un convertidor electrónico consta de varios componentes principales: un rectificador, un filtro, un microprocesador y un inversor.
Rectificador tiene un montón de diodos o tiristores que rectifican la corriente inicial en la entrada del convertidor. Los inversores de diodo se caracterizan por una ausencia total de ondas, son dispositivos económicos pero al mismo tiempo confiables. Los convertidores basados en tiristores crean la posibilidad de que la corriente fluya en ambos sentidos y permiten el retorno de la energía eléctrica a la red cuando se frena el motor.
Filtrar Se utiliza en dispositivos de tiristores para reducir o eliminar la ondulación del voltaje. El suavizado se realiza mediante filtros capacitivos o inductivo-capacitivos.
Microprocesador – es un enlace de control y análisis del convertidor. Recibe y procesa señales de sensores, lo que le permite ajustar la señal de salida del convertidor de frecuencia con un controlador PID incorporado.Además, este componente del sistema registra y almacena datos de eventos, registra y protege el dispositivo de sobrecargas, cortocircuitos, analiza el modo de funcionamiento y apaga el dispositivo en caso de operación de emergencia.
inversor El voltaje y la corriente se utilizan para controlar máquinas eléctricas, es decir, para controlar suavemente la frecuencia de la corriente. Dicho dispositivo produce una salida "sinusoidal pura", lo que permite su uso en muchas industrias.
El principio de funcionamiento del convertidor de frecuencia electrónico (inversor) consiste en las siguientes etapas de trabajo:
- La corriente alterna sinusoidal monofásica o trifásica de entrada se rectifica mediante un puente de diodos o tiristores;
- Con la ayuda de filtros especiales (condensadores), la señal se filtra para reducir o eliminar las ondas de voltaje;
- El voltaje se convierte en una onda trifásica con ciertos parámetros usando un microcircuito y un puente de transistores;
- A la salida del inversor, los pulsos rectangulares se convierten en un voltaje sinusoidal con parámetros específicos.
Tipos de convertidores de frecuencia
Hay varios tipos de convertidores de frecuencia, que actualmente son los más comunes para la producción y el uso:
Convertidores de electromáquina (electroinducción): se utilizan en los casos en que es imposible o inapropiado utilizar FC electrónicos. Estructuralmente, tales dispositivos son motores asíncronos con un rotor de fase, que funcionan en el modo generador-convertidor.
Estos dispositivos son convertidores escalares controlados. A la salida de este dispositivo, se crea un voltaje de una amplitud y frecuencia dadas para mantener un cierto flujo magnético en los devanados del estator.Se utilizan en los casos en que no es necesario mantener la velocidad del rotor en función de la carga (bombas, ventiladores y otros equipos).
Convertidores electrónicos: Ampliamente utilizado en todas las condiciones de trabajo para diversos equipos. Dichos dispositivos son vectoriales, calculan automáticamente la interacción de los campos magnéticos del estator y el rotor y proporcionan un valor constante de la velocidad del rotor independientemente de la carga.
- cicloconvertidores;
- cicloinversores;
- Inversor con enlace de CC intermedio:
- Convertidor de frecuencia de fuente de corriente;
- Convertidor de frecuencia de la fuente de tensión (con modulación de amplitud o de ancho de pulso).
Por alcance, los equipos pueden ser:
- para equipos con potencia hasta 315 kW;
- convertidores vectoriales para potencias hasta 500 kW;
- dispositivos a prueba de explosiones para su uso en entornos explosivos y polvorientos;
- convertidores de frecuencia montados en motores eléctricos;
Cada tipo de convertidor de frecuencia tiene ciertas ventajas y desventajas, y es aplicable a diferentes equipos y cargas, así como a diferentes condiciones de trabajo.
El convertidor de frecuencia se puede controlar de forma manual o externa. El control manual se lleva a cabo desde el panel de control del inversor, que puede ajustar la velocidad o detener la operación. El control externo se lleva a cabo mediante sistemas de control automático (APCS), que pueden controlar todos los parámetros del dispositivo y le permiten cambiar el esquema o el modo de operación (a través de FC o bypass).Además, el control externo le permite programar el funcionamiento del convertidor en función de las condiciones de funcionamiento, carga, tiempo, lo que le permite trabajar en modo automático.
¿Por qué un motor eléctrico podría necesitar un convertidor de frecuencia?
El uso de convertidores de frecuencia permite reducir el costo de la electricidad, el costo de depreciación de motores y equipos. Se pueden utilizar para motores de jaula de ardilla baratos, lo que reduce los costos de producción.
Muchos motores eléctricos funcionan en condiciones de cambio frecuente de modos de funcionamiento (arranques y paradas frecuentes, cambio de carga). Los convertidores de frecuencia le permiten arrancar el motor sin problemas y reducir el par máximo de arranque y el calentamiento del equipo. Esto es importante, por ejemplo, en máquinas de elevación y le permite reducir el impacto negativo de los arranques bruscos, así como eliminar el balanceo de la carga y tirones al detenerse.
Con la ayuda del inversor, puede regular suavemente el funcionamiento de sopladores, bombas y le permite automatizar procesos tecnológicos (utilizados en salas de calderas, en minería, en los sectores de petróleo y refinación de petróleo, en obras hidráulicas y otras empresas).
El uso de convertidores de frecuencia en cintas transportadoras, transportadores, elevadores permite aumentar la vida útil de sus componentes, ya que reduce tirones, golpes y otros factores negativos al momento de arrancar y parar equipos. Pueden aumentar y disminuir suavemente la velocidad del motor, realizar el movimiento inverso, lo cual es importante para una gran cantidad de equipos industriales de alta precisión.
Ventajas de los convertidores de frecuencia:
- Reducción de los costos de energía: al reducir las corrientes de arranque y ajustar la potencia del motor en función de la carga;
- Aumentar la confiabilidad y durabilidad de los equipos: le permite extender la vida útil y aumentar el período de un servicio técnico a otro;
- Le permite implementar el control externo y la gestión de equipos desde dispositivos informáticos remotos y la capacidad de integrarse en sistemas de automatización;
- Los convertidores de frecuencia pueden funcionar con cualquier potencia de carga (desde un kilovatio hasta decenas de megavatios);
- La presencia de componentes especiales en la composición de los convertidores de frecuencia le permite proteger contra sobrecargas, fallas de fase y cortocircuitos, así como garantizar un funcionamiento y apagado seguros de los equipos en caso de emergencia.
Por supuesto, al observar esta lista de ventajas, uno podría preguntarse por qué no utilizarlas para todos los motores de la empresa. La respuesta aquí es obvia, por desgracia, pero este es el alto costo de chastotnikov, su instalación y ajuste. No todas las empresas pueden permitirse estos costos.
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