El Convertidor de Frecuencia (I) Escrito por Motion Control Publicado el 16 febrero, 2010 at 22:38Controlar la velocidad de un motor trifsico (ya sea un motor de induccin o un servo), se basa en alterar la frecuencia de la corriente trifsica que alimenta al motor.Existen diversas tecnologas y mtodos para poder controlar el voltaje, corriente y frecuencia suministrados al motor, pero el ms popular es el de la modulacin de la amplitud del pulso (Pulse Width Modulation (PWM)). La mayora de los convertidores comerciales que nos vamos a encontrar utilizan este mtodo.Qu hace un convertidor de frecuencia?La mayora de los convertidores de frecuencia, buscan transformar la corriente alterna en una corriente no alterna (es decir prcticamente continua) y una vez transformada en continua, esta ser troceada segn las necesidades del motor.El convertidor de frecuencia hace lo siguiente:1. Rectificar la corriente alterna suministrada por la red elctrica: L1,L2,L3.2. Almacenar la corriente continua en el Bus de Continua (DC BUS)3. Dosificarla energa almacenada en el Bus de continua al motorEl siguiente esquema es el circuito de potencia (simplificado) de un variador trifsico de alterna:

El Circuito RectificadorEste circuito acostumbra a ser un puente de diodos y se limita a convertir las corriente trifsica en continua.L1,L2, L3 son las bornas del variador en las que conectamos la alimentacin de potencia.PREGUNTA: Puedo conectar un variador trifsico a una linea monofsica? Viendo el esquema anterior desde el punto de vista terico parece ser que s Evidentemente la potencia que le llegar al motor ser inferior En un equipo real sinembargo nos encontraremos con que en ocasiones no es posible, o nos da una alarma de prdida de fase, o es parametrizable.El Bus de ContinuaEl Bus de continua es el depsito de energa del variador y es normalmente accesible en las bornas del convertidor (DC +, DC -).El esquema anterior est muy simplificado, slo aparece un condensador para mininimizar el rizado de corriente, en realidad tenemos muchos ms elementosEl DC BUS es una parte fundamental del convertidor. Al igual que los seres humanos tenemos un mximo y un mnimo de presin arterial (ese tema lo dominan las abuelitas), el convertidor, en su DC BUS ha de trabajar entre un mximo y un mnimo de voltaje. Por debajo del voltaje mmimo, el convertidor no es capaz de suministrar la energa necesaria al motor y normalmente debera aparecernos algun tipo de alarma de bajo voltaje. Por encima del voltaje mximo, el convertidor estara suministrando demasiada energa al motor, aunque esta no acostumbra a ser la causa de este fenmeno ya que el variador,tiene sus propios sistemas de proteccin en el circuito rectificador y, la propia instalacin . En la inmensa mayora de ocasiones, un elevado voltaje en el DC Bus nos estar indiando que el motor esta regenerando energa hacia el variador, es decir, el motor no trabaja como motor, sino como generador eltrico (transforma la energa mecnica del eje en energa elctrica!) Por suerte existen mtodos y sistemas para deshacernos del exceso de voltaje del DC BUS.El Circuito InversorHasta ahora, lo que hemos visto podra ser perfectamente aplicable a una fuente de alimentacin AC/DC, como la que tienen nuestros ordenadores, bueno conectada a una corriente trifsica, pero la esencia es la misma.El circuito Inversor, es la pieza clave del convertidor de frecuencia, pues es el encargado de dosificar la energa almacenada en el DC BUS, de hecho en la literatura anglosajona se acostumbra a designar al convertidor de frecuencia como inverter.Cmo dosifica la energa el circuito inversor?El circuito se compone de mdulos transistores (con diodos en antiparalelo para permitir la regeneracin). Estos transistores trabajan como conmutadores de alta frecuencia y potencia, los transistores tipoIGBTs encajan perfectamente en esta funcin.El objetivo de este circuito inversor es crear una onda de voltaje PWM.De un modotosco, podramos decir que el inversor se dedica a trocear el voltaje del DC BUS , de modo que durante un tiempo dejar que el BUS alimenteuna de las fases de salida y, un tiempo despusconmutar a otra fase de salida y as sucesivamente.Podemos hacer el smil un deposito de agua contres grifos y repartieramosel aguaabriendo y cerrando totalmente cada uno de los grifos en un ordenytiempo establecidos, de este modo puedo modular la salida del deposito haciendo un control todo/nada de cada uno de los grifos.Si en lugar de un deposito de aguahablamos del DC BUS,y los tiempos de conmutacin vienen dados porun microprocesador con un patrn ordenado ,trabajando a frecuencias de conmutacin de de KHz entonces ya tenemos la base de un convertidor de frecuencia.El convertidor da siempre el mismo voltaje (el del DC BUS), con lo que juega es conel tiempo, dentro de un periodo de la frecuencia deseada de alimentacin del motor ,en que se alimenta cada fase. La modulacin PWM puede tener ms o menos finura, habitualmente se utilizan modulacionesfijadas por un patron triangular o preferentemente sinusoidal para elconseguir un resultado final ms suave.Qu implicaciones tiene el uso de tecnloga PWM?El uso de variadores de frecuencia, es en realidad una pequea trampa que hacemos para alimentar a un motor que en realidad (a no ser que est diseado para PWM) espera una seal sinusoidal de entre 50 y 60 HzEs PWM una seal sinusoidal? -No!El voltaje PWM es una seal digital, y utilizando un osciloscopio no veremos una senoide, sino una seal bastante sucia eso s, con el periodo de la frecuencia sinusoidal deseada.

La onda de corriente, en cambio, debido al bobinado del motor s que se muestra en una forma bastante parecida a una senoide.RuidoLos convertidores de frecuencia son una fuente de ruido electromagntico.Se trata de de ondas conducidas de gran potencia y, por su frecuencia (en la salida del variador) son una fuente de ondas radiadas, lo que nos obligar a tener un cuidado especial a la hora de cablear y apantallar el cableado de salida de potencia de un variador.Quizs en este post he querido explicar demasiadas cosas , tal vez no demasiado bien, sin profundizar demasiado y con muy pocas palabras.Enla prctica (vida real) , no nos importa demasiado cmo funciona internamente un variador ni que tipo de modulacin tiene, (aunque siempre es bueno saberlo) , perobasta con que nos queden claras algunas.CONCLUSIONES: El variador de frecuencia convierte la alimentacin de la red a otra frecuencia basndose en la rectificacin y posterior conmutacin a alta frecuencia. El variador de frecuencia (a no ser que sea unMATRIX) tiene una etapa intermedia donde almacena energa llamada DC BUS, el voltaje del DC BUS es un parmetro muy importante para el funcionamiento del variador, como veremos en otros posts ms adelante El voltaje de salida de un variador no essenoidal sin PWM (no as la corriente). Un variador de frecuencia es una potencial fuente de ruido electromagntico por lo que debermos ser muy cuidadosos en lo referente a filtros, reactancias, apantallamientos,En futuros posts, profundizaremos en algunos aspectos particulares del variador y los modos de regulacin de un motor elctrico.