El control VFD permite usar un convertidor especial para cambiar de forma flexible los modos de funcionamiento del motor eléctrico: arrancar, detener, acelerar, frenar, cambiar la velocidad de rotación.
Cambiar la frecuencia de la tensión de alimentación provoca un cambio en la velocidad angular del campo magnético del estator. Cuando la frecuencia disminuye, la velocidad del motor disminuye y el deslizamiento aumenta.
El principio de funcionamiento del convertidor de frecuencia de accionamiento
La principal desventaja de los motores asíncronos es la complejidad del control de velocidad en las formas tradicionales: cambiando el voltaje de suministro e introduciendo resistencias adicionales en el circuito de bobinado. Más perfecto es el variador de frecuencia del motor eléctrico. Hasta hace poco, los convertidores eran caros, pero la llegada de los transistores IGBT y los sistemas de control por microprocesador permitió a los fabricantes extranjeros crear dispositivos asequibles. La mayoríaperfectos ahora son los convertidores de frecuencia estáticos.
La velocidad angular del campo magnético del estator ω0 cambia en proporción a la frecuencia ƒ1 según la fórmula:
ω0=2π׃1/p, donde p es el número de pares de polos.
El método proporciona un control suave de la velocidad. En este caso, la velocidad de deslizamiento del motor no aumenta.
Para obtener un alto rendimiento energético del motor: eficiencia, factor de potencia y capacidad de sobrecarga, junto con la frecuencia, cambie la tensión de alimentación según ciertas dependencias:
- par de carga constante – U1/ ƒ1=const;
- caracter del ventilador del momento de carga - U1/ ƒ12=const;
- Par de carga inversamente proporcional a la velocidad - U1/√ ƒ1=const.
Estas funciones se implementan usando un convertidor que cambia simultáneamente la frecuencia y el voltaje en el estator del motor. Se ahorra electricidad gracias a la regulación mediante el parámetro tecnológico necesario: presión de la bomba, rendimiento del ventilador, velocidad de avance de la máquina, etc. En este caso, los parámetros cambian suavemente.
Métodos de control de frecuencia de motores eléctricos asíncronos y síncronos
En un accionamiento controlado por frecuencia basado en motores asíncronos con rotor de jaula de ardilla, se utilizan dos métodos de control: escalar y vectorial. En el primer caso, cambian simultáneamenteamplitud y frecuencia de la tensión de alimentación.
Esto es necesario para mantener el rendimiento del motor, generalmente una relación constante entre su par máximo y el momento de resistencia en el eje. Como resultado, la eficiencia y el factor de potencia permanecen sin cambios en todo el rango de rotación.
La regulación vectorial consiste en el cambio simultáneo de la amplitud y la fase de la corriente en el estator.
El variador de frecuencia del motor de tipo síncrono funciona solo con cargas pequeñas, cuyo crecimiento por encima de los valores admisibles puede romper el sincronismo.
Ventajas del variador de frecuencia
El control de frecuencia tiene una amplia gama de ventajas sobre otros métodos.
- Automatización del motor y procesos productivos.
- Arranque suave que elimina los errores típicos que ocurren durante la aceleración del motor. Mejorar la confiabilidad del variador de frecuencia y el equipo al reducir las sobrecargas.
- Mejore la economía y el rendimiento general de la unidad.
- Creación de una velocidad constante del motor eléctrico independientemente de la naturaleza de la carga, lo cual es importante durante los transitorios. El uso de la realimentación permite mantener constante la velocidad del motor bajo diversas influencias perturbadoras, en particular bajo cargas variables.
- Los convertidores se integran fácilmente en los sistemas técnicos existentes sin alterar significativamente ni detener los procesos tecnológicos. El rango de potencia es grande, pero con su aumento.los precios están subiendo sustancialmente.
- La capacidad de abandonar variadores, cajas de cambios, aceleradores y otros equipos de control o ampliar el rango de su aplicación. Esto da como resultado un importante ahorro de energía.
- Eliminación de los efectos nocivos de los transitorios en los equipos de proceso, como golpes de ariete o aumento de la presión del fluido en las tuberías, al mismo tiempo que se reduce su consumo por la noche.
Defectos
Como todos los inversores, los chastotniki son fuentes de interferencia. Necesitan instalar filtros.
El costo de las marcas es alto. Aumenta significativamente con un aumento en la potencia de los dispositivos.
Ajuste de frecuencia para transporte de líquidos
En instalaciones donde se bombea agua y otros líquidos, el control de flujo se realiza principalmente con la ayuda de válvulas de compuerta y válvulas. Actualmente, una dirección prometedora es el uso de un variador de frecuencia de una bomba o un ventilador que pone en movimiento sus aspas.
El uso de un convertidor de frecuencia como alternativa a la válvula de mariposa proporciona un efecto de ahorro de energía de hasta un 75 %. La válvula, que retiene el flujo de fluido, no realiza un trabajo útil. Al mismo tiempo, aumenta la pérdida de energía y materia para su transporte.
El variador de frecuencia permite mantener una presión constante en el consumidor cuando cambia el flujo de fluido. Desde el sensor de presión, se envía una señal a la unidad, que cambia la velocidad del motor y, por lo tanto, la regula.revoluciones, manteniendo el caudal establecido.
Las unidades de bombeo se controlan modificando su rendimiento. El consumo de energía de la bomba está en dependencia cúbica del rendimiento o velocidad de rotación de la rueda. Si la velocidad se reduce 2 veces, el rendimiento de la bomba se reducirá 8 veces. La presencia de un programa diario de consumo de agua le permite determinar el ahorro de energía para este período, si controla el variador de frecuencia. Gracias a ello, es posible automatizar la estación de bombeo y optimizar así la presión del agua en las redes.
Funcionamiento de los sistemas de ventilación y aire acondicionado
No siempre se necesita un flujo de aire máximo en los sistemas de ventilación. Las condiciones de funcionamiento pueden requerir una reducción del rendimiento. Tradicionalmente, se utiliza el estrangulamiento para esto, cuando la velocidad de la rueda se mantiene constante. Es más conveniente cambiar el caudal de aire debido a la transmisión controlada por frecuencia, cuando cambian las condiciones climáticas y estacionales, la liberación de calor, humedad, vapores y gases nocivos.
El ahorro de energía en los sistemas de ventilación y aire acondicionado no es menor que en las estaciones de bombeo, ya que el consumo de energía de la rotación del eje está en dependencia cúbica de las revoluciones.
Dispositivo convertidor de frecuencia
El variador de frecuencia moderno se organiza de acuerdo con el esquema de doble convertidor. Consta de un rectificador y un inversor de pulsos con sistema de control.
Despuésrectificando la tensión de red, la señal es suavizada por un filtro y alimentada a un inversor con seis interruptores de transistores, donde cada uno de ellos está conectado a los devanados del estator de un motor eléctrico asíncrono. La unidad convierte la señal rectificada en una señal trifásica de la frecuencia y amplitud requeridas. Los IGBT de potencia en las etapas de salida tienen una alta frecuencia de conmutación y proporcionan una onda cuadrada nítida y sin distorsiones. Debido a las propiedades de filtrado de los devanados del motor, la forma de la curva de corriente en su salida sigue siendo sinusoidal.
Métodos de control de amplitud de señal
La tensión de salida se regula mediante dos métodos:
- Amplitud - cambio en el valor del voltaje.
- La modulación de ancho de pulso es un método para convertir una señal pulsada, en el que su duración cambia, pero la frecuencia permanece sin cambios. Aquí la potencia depende del ancho del pulso.
El segundo método se utiliza con mayor frecuencia en relación con el desarrollo de la tecnología de microprocesadores. Los inversores modernos se fabrican con transistores de apagado GTO o IGBT.
Capacidad y aplicación de convertidores
El variador de frecuencia tiene muchas posibilidades.
- Regular la frecuencia de la tensión de alimentación trifásica de cero a 400 Hz.
- Aceleración o deceleración del motor eléctrico desde 0,01 seg. hasta 50 min. según una determinada ley del tiempo (generalmente lineal). Durante la aceleración, no solo es posible una disminución, sino también un aumento de hasta el 150 % de los pares dinámicos y de arranque.
- Invertir el motor con los modos dados de frenado y aceleración al deseadovelocidad en la otra dirección.
- Los inversores cuentan con protección electrónica configurable contra cortocircuitos, sobrecargas, fugas a tierra y líneas abiertas de alimentación del motor.
- Los displays digitales de los convertidores muestran datos sobre sus parámetros: frecuencia, tensión de alimentación, velocidad, corriente, etc.
- Las características V/f se ajustan en los convertidores dependiendo de qué cargas de motor se requieran. Las funciones de los sistemas de control basados en ellos son proporcionadas por controladores integrados.
- Para frecuencias bajas, es importante utilizar el control vectorial, que permite trabajar con el par máximo del motor, mantener una velocidad constante cuando cambian las cargas y controlar el par en el eje. El variador de frecuencia funciona bien con la entrada correcta de los datos del pasaporte del motor y después de una prueba exitosa. Productos conocidos de HYUNDAI, Sanyu, etc.
Las áreas de aplicación de los convertidores son las siguientes:
- bombas en sistemas de suministro de calor y agua fría y caliente;
- bombas para lodos, arena y lodos de concentradores;
- sistemas de transporte: transportadores, mesas de rodillos y otros medios;
- mezcladoras, molinos, trituradoras, extrusoras, dispensadores, alimentadores;
- centrífugas;
- ascensores;
- equipos metalúrgicos;
- equipo de perforación;
- accionamientos eléctricos de máquinas herramienta;
- equipos de excavadoras y grúas, mecanismos manipuladores.
Fabricantes de convertidores de frecuencia, reseñas
El fabricante nacional ya ha comenzado a producir productos adecuados para los usuarios en términos de calidad y precio. La ventaja es la capacidad de obtener rápidamente el dispositivo correcto, así como consejos detallados sobre la configuración.
La empresa "Effective Systems" produce productos en serie y lotes piloto de equipos. Los productos se utilizan para uso doméstico, en pequeñas empresas y en la industria. El fabricante Vesper produce siete series de convertidores, entre los cuales hay convertidores multifuncionales adecuados para la mayoría de los mecanismos industriales.
La empresa danesa Danfoss es líder en la producción de chastotnikov. Sus productos se utilizan en sistemas de ventilación, aire acondicionado, suministro de agua y calefacción. La empresa finlandesa Vacon, que forma parte de la empresa danesa, produce diseños modulares a partir de los cuales se pueden ensamblar los dispositivos necesarios sin piezas innecesarias, lo que ahorra en componentes. También se conocen convertidores de la empresa internacional ABB, utilizados en la industria y en la vida cotidiana.
A juzgar por las revisiones, los convertidores domésticos baratos se pueden usar para resolver problemas típicos simples, mientras que los complejos necesitan una marca con muchas más configuraciones.
Conclusión
El convertidor de frecuencia controla el motor eléctrico modificando la frecuencia y la amplitud de la tensión de alimentación, al tiempo que lo protege de fallos de funcionamiento: sobrecargas, cortocircuitos, interrupciones en la red de alimentación. Dichos actuadores eléctricos realizan tres funciones principales,relacionados con la aceleración, la desaceleración y la velocidad del motor. Esto mejora la eficiencia de los equipos en muchas áreas de la tecnología.
