Desmitificando la mecánica de la etapa inversora en variadores de frecuencia CA-CC-CA

Los variadores de velocidad modernos se basan en un proceso de conversión de tres etapas para controlar el comportamiento del motor eléctrico. El rectificador inicial convierte la electricidad de la red en corriente continua, mientras que el banco de condensadores intermedio suaviza la ondulación de alta tensión a lo largo del enlace de CC intermedio.

La sección final de un inversor de frecuencia realiza la tarea operativa más exigente. Toma corriente continua constante y la convierte de nuevo en corriente alterna controlable, suministrando la potencia dinámica necesaria para los motores de inducción industriales en aplicaciones de fabricación complejas.

Mecánica de la conversión de corriente continua
La etapa del inversor convierte la corriente continua estable en corriente alterna trifásica ajustable mediante secuencias de conmutación rápidas de transistores bipolares de puerta aislada (IGPT). Mediante la modulación por ancho de pulso (PWM), los interruptores de alta frecuencia dividen la tensión continua constante en pulsos de tensión de ancho variable y temporización precisa.

Durante la conversión, los semiconductores conmutan miles de veces por segundo para simular ondas sinusoidales. Esta velocidad de conmutación precisa crea frecuencias de salida variables, funcionando de forma similar a un convertidor de frecuencia digital monofásico de 60 Hz a 50 Hz, adaptándose a las diferencias en los estándares de potencia de los equipos regionales.

Ejecución de Modulación por Ancho de Pulso
Los transistores de alta potencia se activan y desactivan rápidamente para generar bloques de voltaje discretos.

La variación de la duración de los pulsos controla el voltaje de salida promedio en los terminales de salida.

La alternancia de pares de transistores modifica la polaridad de la corriente para generar ondas sinusoidales de salida sintéticas y suaves.

Generación de Fase y Regulación de Velocidad
Para lograr la rotación adecuada del motor, se requieren tres fases de corriente distintas desfasadas 120 grados. Los microprocesadores de control calculan tiempos de activación precisos para seis interruptores internos, de forma similar a como un convertidor de frecuencia compacto monofásico de 50 Hz a 60 Hz gestiona la conversión de frecuencia.

Las altas frecuencias de conmutación de la portadora reducen el ruido eléctrico y suavizan los armónicos de la corriente de salida.

La inserción integrada de tiempo muerto evita la conducción simultánea entre pares de interruptores del puente.

Los algoritmos del microprocesador mantienen relaciones constantes de voltaje a frecuencia para un par motor estable.

La división del voltaje CC plano en pulsos variables permite un control de velocidad continuo sin pérdidas de par. El ajuste de la temporización del ancho de pulso permite que el puente inversor convierta la energía CC estática en energía CA flexible que alimenta los sistemas de automatización industrial modernos.