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Inversor de frecuencia: qué es y cómo funciona

La necesidad de aumentar la producción y reducir los costos hace que la automatización industrial crezca cada vez más en Brasil. Así, se desarrolló una gran infinidad de equipos para las más diversas variedades de aplicaciones y sectores industriales, uno de los equipos más utilizados en estos procesos es el Inversor de frecuencia, un equipo versátil y dinámico para controlar motores eléctricos.

Por lo tanto, el propósito de este artículo es mostrar qué es un convertidor de frecuencia, cómo funciona, cuáles son sus aplicaciones y ventajas.

¿Qué es un convertidor de frecuencia?

una inversor de frecuencia es un dispositivo capaz de controlar la velocidad de rotación de un motor electrico trifásico controlando la frecuencia entregada por la red eléctrica. Por lo tanto, si un motor eléctrico está conectado directamente a la red eléctrica, su velocidad es constante, ya que su frecuencia también será constante.

Un ejemplo de un convertidor de frecuencia.

Los motores eléctricos trifásicos se utilizan ampliamente en la industria debido a su alta eficiencia y la mejor relación costo-beneficio. Su principio de funcionamiento se basa en el campo magnético giratorio, que ocurre cuando se aplica un sistema de suministro de corriente alterna a polos desfasados ​​a 120 °, es decir, un sistema trifásico. De esta manera, la velocidad del motor eléctrico trifásico está directamente relacionada con la frecuencia del motor y el número de polos del motor, siendo este último una característica ya de la fábrica de motores eléctricos.

fórmula de velocidad del motor trifásico

Fórmula para calcular la velocidad de un motor trifásico.

Por lo tanto, cada motor accionado por inversor de frecuencia proporciona la ventaja de tener una mejor eficiencia energética y un mejor rendimiento de máquinas y equipos que funcionan con motores trifásicos. Otra gran ventaja es que el inversor reduce considerablemente la corriente máxima cuando el motor arranca, proporcionando así una vida útil más larga y menos mantenimiento.

Cómo funciona el convertidor de frecuencia

una inversor de frecuencia, es un dispositivo electrónico cuya función principal es cambiar la velocidad de rotación de un motor trifásico, cambiando el valor de la frecuencia que el inversor envía en sus contactos de salida.

El variador de frecuencia tiene varias etapas en su funcionamiento. El primero es donde llegan las fases que provienen de la red eléctrica, que se convierten en una señal de corriente continua, por medio de un puente rectificador de onda completo con dos diodos conectados a cada fase, con un total de 6 diodos.

inversor de frecuencia

Diagrama completo del funcionamiento de un convertidor de frecuencia.

Por lo tanto, después de pasar a través de los puentes de diodos, el voltaje en las fases sigue pulsando. La siguiente etapa del sistema es el bus de corriente continua, en el que hay condensadores de filtro en paralelo y una inductancia en serie, responsable de filtrar la señal pulsante.

Por lo tanto, la señal pulsante se vuelve continua, con una ondulación mínima. Debido a la transformación de la corriente alterna en corriente continua, el valor del voltaje eléctrico en la señal continua es aproximadamente equivalente a la multiplicación raíz de dos por el voltaje RMS de corriente alterna.

Modulación de ancho de pulso – PWM

Finalmente, la última etapa del convertidor de frecuencia consiste en transistores capaces de conmutar el voltaje continuo. Por lo tanto, pueden encender y apagar el motor en cada una de las fases varias veces por segundo. Con eso, la señal de CC se convertirá nuevamente en una señal de CA, pero eso puede controlarse en frecuencia usando los transistores.

señal alternativa en pwm

Alternancia de señales PWM actuales.

Tenga en cuenta que, de la misma manera, los transistores le permiten controlar la polaridad de la señal que llega al motor, lo que permite la conversión a CA.

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Sin embargo, debido a que es una onda cuadrada, para que se vea como una onda sinusoidal también es necesario cambiar su ancho de pulso. De esta manera, el voltaje de salida promedio también variará de acuerdo con la frecuencia. La modulación de ancho de pulso se llama PWM, un concepto muy importante en electrónica digital.

Aunque la señal rectangular no es adecuada para la mayoría de las cargas que funcionan con corriente alterna, funciona muy bien en motores eléctricos trifásicos, lo que permite la variación de frecuencia y, por lo tanto, su velocidad.

Ventajas del convertidor de frecuencia

La principal ventaja de inversor de frecuencia es poder controlar la velocidad de los motores eléctricos. Del mismo modo, al comparar un partido directo y un inversor de frecuencia, es posible observar los beneficios proporcionados por el inversor. Por lo tanto, uno de ellos es la reducción de la corriente máxima cuando el motor arranca. Un arranque directo requiere entre seis y siete veces la corriente eléctrica nominal del motor para arrancar. El inversor puede limitar la corriente de arranque a aproximadamente 1,5 veces la corriente eléctrica nominal.

inversor de frecuencia

Por lo tanto, arrancar motores con un convertidor de frecuencia es mucho más suave. El hecho de arrancar el motor abruptamente, como en los arranques directos, genera tensiones mecánicas en la máquina que controla el motor. Lo correcto es que, usando un inversor de frecuencia, haga que el motor arranque a baja velocidad y gane velocidad. Esto evita daños mecánicos tempranos y aumenta la vida útil del motor.

El inversor también puede ser un gran aliado para ahorrar energía en motores eléctricos. Un ejemplo de esto es en aplicaciones de bombeo de agua, ventilación y compresión, que representan aproximadamente el 80% de los motores eléctricos en funcionamiento. Por lo tanto, es en estas aplicaciones que podemos reducir la energía consumida, reemplazando los sistemas estándar, que utilizan el arranque directo y el control de flujo a través de válvulas por un variador con convertidor de frecuencia. De esta manera, es posible controlar el flujo de agua o la compresión controlando la velocidad del motor, asegurando la eficiencia energética del sistema.

Otras ventajas de usar convertidores de frecuencia

Finalmente, los principales beneficios de usar un convertidor de frecuencia son:

  • Reemplace los variadores mecánicos;
  • Reemplazo de variadores electromagnéticos;
  • Automatización de procesos industriales;
  • Control simplificado de motores eléctricos;
  • Eliminación de otros sistemas para apoyar el arranque del motor;
  • Instalación más simple;
  • Mayor vida útil de motores eléctricos y sistemas mecánicos conectados a él;
  • Evita arranques extremadamente repentinos;
  • Reducción del nivel de ruido de los sistemas;
  • Excelente regulación de presión y flujo, en el caso de bombas o compresores;
  • Ahorro de energía eléctrica.

Gran parte de la energía eléctrica utilizada en la industria se utiliza para alimentar los motores (más del 50%). De esta manera, podemos ver la importancia de dimensionar correctamente los motores y reducir la potencia consumida tanto como sea posible mediante la optimización de los medios de control y proceso.

A menudo, controlar la velocidad del motor puede aumentar en gran medida la eficiencia energética de una máquina, asegurando enormes ahorros en energía eléctrica.

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