Esquemáticos VFD Explicados: Diagramas de Circuito, Tipos y Construcción de un Variador de Frecuencia

Todo entusiasta de la electrónica se ha topado con el término VFD. VFD es la abreviatura de Variable Frequency Drive (Variador de Frecuencia), también llamado Variadores de Velocidad e Inversores. Su uso principal es gestionar la velocidad de un motor CA. En pocas palabras, son controladores de motor que regulan la frecuencia y el voltaje suministrados al motor eléctrico, basándose en sus requisitos específicos. Generalmente, los tres componentes principales de un esquemático VFD son el rectificador, el enlace DC y un inversor.

Aquí, exploramos el concepto de los circuitos puente VFD, las diferentes secciones, tipos de VFD y sus ventajas y desventajas.

1. ¿Qué es el Circuito VFD y Cómo Opera?

Como se mencionó anteriormente, el Variador de Frecuencia hace que una especificación de motor CA funcione a velocidades variables. Debes notar que el motor CA alterna su velocidad cambiando la frecuencia del voltaje usado para ejecutarlo. Implica que cuando aplicas un voltaje de 50Hz a un motor CA, el motor opera a una velocidad nominal. Sin embargo, si la frecuencia del voltaje de entrada que usas excede 50 Hz, el motor funciona más rápido que la velocidad nominal. Pero si la frecuencia de voltaje que suministraste es menor que 50 Hz, el motor opera lentamente.

De acuerdo con el principio de funcionamiento del VFD, el controlador electrónico altera la frecuencia de voltaje enviada al motor de inducción. Con la invención de un microprocesador avanzado, el VFD opera como un dispositivo modificable que controla la velocidad del motor y lo protege contra sobrecorriente durante el arranque y desaceleración.

El circuito del variador de frecuencia garantiza que el exceso de corriente del motor al operar, lo que ayuda a mantener bajos los costos de servicios públicos. Actualmente, notarás que el esquemático VFD es un tipo popular de transistor de salida usado para un sistema de control. Este dispositivo eléctrico que transforma la frecuencia de la fuente de alimentación CA, el circuito VFD, comprende tres partes. Estas partes son un rectificador de onda completa en puente, enlace DC y un inversor.

Diagrama de Bloques Básico de un VFD Trifásico

Tres secciones significativas constituyen el diagrama de bloques de un VFD. Estas secciones incluyen:

• El área de conversión de potencia.
• La sección de control del microprocesador responsable del control de las operaciones del VFD.
• La sección de consumo de potencia cambia el voltaje CA a CC. También, cambia la CC de nuevo a un voltaje de 3 fases.

El circuito VFD consta de tres partes

Rectificador

Regula la energía CA trifásica entrante y la transforma a CC. Los VFD monofásicos de baja potencia poseen circuitos rectificadores monofásicos usando diodos. Aún así, los VFD trifásicos tienen circuitos rectificadores trifásicos usando SCRs porque el SCR es favorable para altos voltajes positivos y aplicaciones de alta potencia.

Circuito intermedio DC / Filtro DC

El circuito CC entrega un voltaje CC suave y mejorado. Además, se etiqueta como Enlace DC o Bus DC que comprende algunos capacitores e inductores. En esta sección del circuito astable VFD, los segmentos de rizado de los pines de salida en la fuente CC se eliminan.

Inversor

Un inversor ayuda a rotar la CC encendido y apagado, lo que hace que el motor adquiera un voltaje pulsante similar a CA. La tasa de alternancia se controla para alterar la frecuencia de la CA simulada aplicada al motor. Es vital, ya que el funcionamiento principal de un Circuito VFD depende de esta sección, y el VFD usa un circuito inversor de control total. En resumen, con el circuito inversor controlado, la forma de onda de la salida de suministro CA permite que el motor opere.

2. Diferentes Tipos de VFD

Tres tipos principales de VFD son VSI, CSI y PWM.

El VSI

Entre estos tres, el VSI (inversor de fuente de voltaje) es el más común de los tipos. La operación de un VSI requiere la conversión de señal CA en CC por un puente de diodo simple y un capacitor para reservar energía. El inversor luego utiliza la energía reservada para cambiar el control y dar la salida deseada. Indudablemente, el uso del VSI viene con ventajas y desventajas.

Circuito Inversor de Fuente de Voltaje Trifásico (VSI)

Ventajas

• La producción e instalación del VSI son rentables.
• Además, utiliza múltiples instalaciones de control de motor que pueden conectarse con el único tipo VFD VSI.
• Posee un buen rango de velocidad.
• El diseño es simple y no complejo.

Desventajas

• La frecuencia de salida genera ruidos de diferentes tipos.
• Como resultado del efecto cogging, el motor de carga sufre tirones durante el arranque y paro.
• Debido a una velocidad de motor controlada o disminuida, resultando en un factor de potencia pobre.

Inversor de Fuente de Corriente (CSI)

El CSI (inversor de fuente de corriente), a diferencia del VSI, proporciona una salida de voltaje suave a través del pin 3. La formación del tipo CSI depende de la corriente en lugar del voltaje. Previamente, en el CSI, puedes usar el puente SCR en lugar del rectificador de puente de diodo. Como alternativa a los capacitores, usamos inductores para analizar la energía de salida para una salida de corriente suave. Además, el CSI es capaz de proporcionar ondas cuadradas de corriente.

Ventajas

• Para empezar, soporta un motor de inducción de mayor caballos de fuerza donde el VSI no es adecuado.
• Tiene mayor confiabilidad en comparación con el VSI.
• Sobre todo, posee una excelente capacidad de regeneración.

Desventajas

• La mayoría de las veces, genera un factor de potencia pobre.
• También, experimenta un efecto cogging que podría sacudir el eje del motor cuando funciona.
• Por último, no es apropiado para operación multi-motor.

Modulación de Ancho de Pulso (PWM)

El tipo PWM (modulación de ancho de pulso) también es una versión mejorada. Con el circuito controlado por voltaje PWM, los VFD pueden dar una salida de voltaje estable mantenida con una relación de frecuencia. El circuito controlador de voltaje PWM usa un regulador adicional para proporcionar el suministro base estable y adecuado de voltaje y corriente de la carga.

Ventajas

• Sin efecto de atasco o tirones, y ofrece un amplio rango de velocidad y control.
• Además, hay potencia constante con muy alta eficiencia energética.
• Comprende diferentes tipos de protección de circuito.

Desventajas

• Hay algo de complejidad respecto al diseño e implementación.
• Genera ruido molesto en el circuito del driver de fase.
• Finalmente, requiere hardware adicional y es una solución costosa.

Cómo hacer un circuito VFD trifásico

Necesitamos lo siguiente para hacer un circuito VFD trifásico:

• Circuito controlador de voltaje PWM: La etapa generadora PWM genera una salida PWM cambiante a través del pin 3 de IC2 en respuesta al voltaje aplicado al pin 5 del mismo IC.
• Circuito puente H de 3 fases: Una etapa generadora de señal de 3 fases aplica una señal de 3 fases bien calculada a través de las entradas HIN1/2/3 y LIN1/2/3 del IC.
• Circuito generador de señal de 3 fases: La frecuencia de entrada de las señales de tres fases determina los relojes enviados al sistema. Que usualmente, deberían ser seis veces la señal de tres fases prevista. Para decirlo de otra manera, si la frecuencia de tres fases deseada es 100 Hz, el reloj de entrada debería ser 100 x 6 = 600 Hz.
• Circuito convertidor de voltaje a frecuencia para producir parámetro V/Hz.

https://youtu.be/TAFDX301Qrk (Construyendo un Variador de Frecuencia)

Conclusión

En definitiva, para el control adicional del circuito convertidor de frecuencia CA y el funcionamiento del motor CA a velocidad variable, requerimos el Variador de Frecuencia (VFD). La eficiencia del VFD depende únicamente de su tipo, rango y calidad. Por lo tanto, los ingenieros deben buscar y utilizar lo mejor para obtener grandes resultados. ¿Tienes más preguntas sobre la configuración del circuito VFD? Comenta abajo o contáctanos.