Esquema VFD:diagramas de circuito VFD, tipos y cómo construir uno

Todos los entusiastas de la electrónica se han encontrado con el término VFD. VFD es la abreviatura de Variable Frequency Drive, también llamado Variable Speed ​​Drives and Inverters. Su uso principal es gestionar la velocidad de un motor de CA. En pocas palabras, son controladores de motor que regulan la frecuencia y el voltaje suministrado al motor eléctrico, en función de sus requisitos específicos. En general, los tres componentes principales de un esquema VFD son el rectificador, el enlace de CC y un inversor.

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

Una pequeña unidad de frecuencia variable

1. ¿Qué es el circuito VFD y cómo funciona?

Como se mencionó anteriormente, el variador de frecuencia hace que la especificación de un motor de CA funcione a velocidades variables. Debe tener en cuenta que el motor de CA alterna su velocidad cambiando la frecuencia de voltaje utilizada para hacerlo funcionar. Implica que cuando aplica un voltaje de 50 Hz a un motor de CA, el motor funciona a una velocidad nominal. Sin embargo, si el voltaje de entrada que usa excede los 50 Hz, el motor funciona más rápido que la velocidad nominal. Pero si la frecuencia de voltaje que suministró es inferior a 50 Hz, el motor funciona 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 funciona como un dispositivo intercambiable que controla la velocidad del motor y lo protege contra sobrecorriente durante las condiciones de arranque y parada.

El circuito de transmisión de frecuencia variable garantiza el exceso de corriente del motor cuando está en funcionamiento, lo que ayuda a mantener bajos los costos de los servicios públicos. Ahora, notará que el esquema VFD es un tipo popular de transistor de salida utilizado para un sistema de control. Este dispositivo eléctrico que transforma la frecuencia de la fuente de alimentación de CA, el circuito VFD, consta de tres partes. Estas piezas son un puente rectificador de onda completa, un enlace de CC y un inversor.

(El principio de funcionamiento de un circuito de frecuencia variable)

Diagrama de bloques de circuito básico de un VFD trifásico

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

• El área de conversión de energía.
• La sección de control del microprocesador es responsable del control de las operaciones del VFD.
• La sección de consumo de energía cambia el voltaje de CA a CC. Además, vuelve a cambiar la CC a un voltaje trifásico.

(Un variador de frecuencia trifásico)

El circuito VFD consta de tres partes

Rectificador

Regula la entrada de corriente alterna trifásica y la transforma en corriente continua. Los VFD monofásicos de baja potencia poseen circuitos rectificadores monofásicos que utilizan diodos. Aún así, los VFD trifásicos tienen circuitos rectificadores trifásicos que usan SCR porque SCR es favorable para voltajes positivos altos y aplicaciones de alta potencia.

Circuito intermedio DC/ Filtro DC

El circuito de CC proporciona un voltaje de CC suave y mejorado. Además, está etiquetado como DC-Link o DC Bus que comprende algunos condensadores e inductores. En esta sección del circuito astable VFD, se eliminan los segmentos de ondulación de los pines de salida en el suministro de CC.

Inversor

Un inversor ayuda a encender y apagar la CC, lo que hace que el motor adquiera un voltaje pulsante similar al de la 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 VFD utiliza un circuito inversor totalmente controlado. En resumen, con el circuito inversor controlado, la forma de onda del suministro de CA de salida permite que el motor funcione.

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. El funcionamiento de un VSI requiere la conversión de la señal de CA en CC mediante un simple puente de diodos y un condensador para reservar energía. Luego, el inversor utiliza la energía reservada para cambiar el control para dar la salida deseada. Sin duda, el uso del VSI tiene ventajas y desventajas.

(Un circuito inversor de fuente de voltaje trifásico (VSI)

Ventajas

• La producción e instalación del VSI son rentables.
• Además, utiliza varias instalaciones de control de motor que pueden conectarse con el único VFD tipo 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, la cara del motor de carga se sacude durante las situaciones de arranque y parada.
• Debido a una velocidad del motor controlada o reducida, lo que resulta en un factor de potencia deficiente.

Inversor de fuente de corriente (CSI)

El CSI (inversor de fuente de corriente), a diferencia del VSI, proporciona una salida de voltaje uniforme en el pin3. La formación del tipo CSI depende de la corriente en lugar del voltaje. Precedentemente, en el CSI, se puede utilizar el puente SCR en lugar del puente rectificador de diodos. 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.

(Inversor de fuente de corriente)

Ventajas

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

Desventajas

• La mayoría de las veces, genera un factor de potencia bajo.
• Además, experimenta un efecto de engranaje que podría sacudir el eje del motor cuando está funcionando.
• Por último, no es adecuado para el funcionamiento con varios motores.

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 proporcionar una salida de voltaje estable mantenida con una relación de frecuencia. El circuito del controlador de voltaje PWM utiliza un regulador adicional para proporcionar el voltaje y la corriente de suministro de base adecuados y constantes de la carga.

Ventajas

• Sin efecto de obstrucción o sacudidas, y ofrece una amplia gama de perillas de control y velocidad.
• Además, hay potencia constante con una eficiencia energética muy alta.
• Comprende diferentes tipos de protección de circuitos.

Desventajas

• Existe cierta complejidad en cuanto al diseño y la implementación.
• Genera un ruido molesto en el circuito del controlador de fase.
• Finalmente, requiere hardware adicional y es una solución costosa.

Cómo hacer un circuito VFD trifásico

(Un motor eléctrico)

Diagrama típico de un sistema de frecuencia variable.

Necesitamos lo siguiente para hacer un circuito VFD trifásico:

• Circuito controlador de voltaje PWM: La etapa del generador PWM genera una salida PWM cambiante en el pin 3 de IC2 en respuesta al voltaje aplicado al pin 5 del mismo IC.
• Circuito de puente H trifásico: Una etapa de generación de señal trifásica aplica una señal trifásica bien calculada a través de las entradas HIN1/2/3 y LIN1/2/3 del IC.
• Circuito generador de señal trifásica: La frecuencia de entrada de las señales trifásicas determina los relojes enviados al sistema. Lo cual, por lo general, debería ser seis veces la señal trifásica prevista. Dicho de otro modo, si la frecuencia trifásica deseada es de 100 Hz, el reloj de entrada debería ser 100 x 6 =600 Hz.
• Circuito convertidor de voltaje a frecuencia para producir el parámetro V/Hz.

https://youtu.be/TAFDX301Qrk (Construyendo una unidad de frecuencia variable)

Conclusión

En total, para el control adicional del circuito del convertidor de frecuencia de CA y el funcionamiento del motor de CA a velocidad variable, necesitamos 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 excelentes resultados. ¿Tiene más preguntas sobre la configuración del circuito VFD? Comenta abajo o contáctanos.