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Desde la aparición de los motores de inducción automáticos, el funcionamiento del inversor ha existido en forma de alternadores.Antes del advenimiento de los transistores de alta velocidad, esta era una de las principales formas de cambiar la velocidad de un motor, pero debido a que la velocidad del generador reducía la frecuencia de salida en lugar del voltaje, el cambio de frecuencia era limitado.

Así que echemos un vistazo a los componentes del inversor y veamos cómo realmente trabajan juntos para cambiar la frecuencia y la velocidad del motor.

01 Componente del inversor - rectificador

Dado que es difícil cambiar la frecuencia de la onda senoidal CA en modo CA, el primer trabajo del inversor es convertir la forma de onda a CC. Para que parezca CA, operar CC es relativamente fácil.El primer componente de todos los convertidores de frecuencia es un dispositivo llamado rectificador o convertidor, como se muestra a continuación:

Un circuito rectificador convierte la corriente alterna en corriente continua y funciona de la misma manera que un cargador de baterías o un soldador de arco.Utiliza un puente de diodo para limitar la onda senoidal AC para moverse en una sola direcciónEl resultado es que la forma de onda AC completamente rectificada es interpretada por el circuito DC como una forma de onda DC local.Un inversor trifásico toma tres fases de entrada de CA separadas y las convierte en una sola salida de CC.

La mayoría de los inversores trifásicos también pueden aceptar una fuente de alimentación monofásica (230V o 460V), pero dado que solo hay dos ramas de entrada,la potencia del inversor (HP) debe reducirse porque la corriente de CC generada se reduce proporcionalmentePor otro lado, un verdadero inversor monofásico (el inversor monofásico que controla un motor monofásico) utiliza una entrada monofásica y produce una salida de CC proporcional a la entrada.

Cuando se trata de un funcionamiento de velocidad variable, los motores de tres fases se utilizan más comúnmente que los componentes de contadores monofásicos por dos razones.por otro lado, por lo general requieren alguna intervención externa para comenzar a girar.

02 Componentes de inversores - bus de corriente continua

El segundo componente del bus de CC (mostrado por el bus de CC en la figura) no es visible en todos los convertidores porque no afecta directamente a la operación de conversión de frecuencia.siempre está presente en unidades de alta calidad de uso generalEl bus de CC utiliza condensadores e inductores para filtrar el voltaje de "ondulación" de CA en el CC convertido y luego en la sección del inversor.También incluye un filtro que bloquea la distorsión armónica y puede ser alimentado de nuevo a la fuente de alimentación del inversorSe requieren inversores más antiguos y filtros de línea separados para completar este proceso.

03 Componentes de los inversores - Inversores

A la derecha de la ilustración se encuentran las "mascotas" del inversor (que se muestra en el inversor).El inversor utiliza tres conjuntos de transistores de conmutación de alta velocidad (que se muestra en el IGBT) para crear un "pulso" de CC que simula las tres fases de la onda senoidal CAEstos pulsos determinan no solo el voltaje de la onda, sino también su frecuencia. El término inversor o inversor significa "inversión" y es simplemente el movimiento hacia arriba y hacia abajo de la forma de onda resultante.Los inversores modernos utilizan una técnica llamada "modulación de ancho de pulso" (PWM) para regular el voltaje y la frecuencia.

Luego hablamos del IGBT, que significa "transistor bipolar de puerta aislada", que es el componente de conmutación (o pulso) del inversor.Los transistores (en lugar de los tubos de vacío) cumplen dos funciones en nuestro mundo electrónicoPuede actuar como un amplificador como un amplificador y aumentar la señal, o puede actuar como un interruptor simplemente encendiendo y apagando la señal.El IGBT es una versión moderna que ofrece velocidades de conmutación más altas (3000-16000 Hz) y una menor generación de calorLa velocidad de conmutación más alta puede mejorar la precisión de la simulación de ondas de CA y reducir el ruido del motor.Así que el convertidor de frecuencia tiene una huella más pequeña.

04 Forma de onda PWM del inversor

La figura siguiente muestra la forma de onda producida por un inversor con un convertidor PWM en comparación con una verdadera onda senoidal CA.La salida del inversor consiste en una serie de pulsos rectangulares con una altura fija y anchura ajustableEn este caso concreto, hay tres conjuntos de pulsos: un conjunto amplio en el medio y un conjunto estrecho al principio y al final de las partes positivas y negativas del ciclo de CA.

La suma de las áreas de los pulsos es igual al voltaje efectivo de la onda AC real.Si usted fuera a cortar los pulsos por encima (o por debajo) de la forma de onda AC real y llenar el espacio en blanco debajo de la curva con ellosDe esta manera el inversor puede controlar el voltaje del motor.

La suma de los anchos de pulso y los anchos en blanco entre ellos determina la frecuencia de la forma de onda vista por el motor (de ahí PWM o modulación de ancho de pulso).no hay huecos), la frecuencia seguirá siendo correcta, pero el voltaje será mucho mayor que una verdadera onda senoidal CA. Dependiendo del voltaje y frecuencia deseados,el convertidor de frecuencia cambiará la altura y el ancho del pulso y el ancho del espacio en blanco entre ellos.

Algunas personas pueden preguntarse cómo este "falso" CA (en realidad CC) funciona un motor de inducción CA.¿Necesitas una corriente alterna para "sentir" la corriente en el rotor de un motor y su correspondiente campo magnético? Entonces, AC causará inducción naturalmente, porque está cambiando constantemente de dirección, por otro lado, DC no actuará normalmente una vez que el circuito se activa.

Sin embargo, si el DC está encendido y apagado, el DC puede inducir corriente.El propósito de estos puntos es "pulsar" de la batería a la bobina (transformador)Esto induce una carga eléctrica en la bobina, que luego aumenta el voltaje a un nivel que permite que la bujía se encienda.Los amplios pulsos de CC que se ven en la figura de arriba en realidad están compuestos por cientos de pulsos individuales, y este movimiento de encendido y apagado de la salida del inversor permite que esto ocurra a través de la inducción de CC.

05 Tensión efectiva

Un factor que hace que el CA sea complicado es que cambia constantemente el voltaje, de cero a algún voltaje positivo máximo, luego de nuevo a cero, luego a algún voltaje negativo máximo,y luego volver a cero de nuevo. ¿Cómo determinar el voltaje real aplicado al circuito? La ilustración a continuación es una onda senoidal de 60Hz, 120V. Tenga en cuenta, sin embargo, que su voltaje máximo es de 170V. Si su voltaje real es de 170V,¿Cómo podemos llamarlo una onda de 120 V?

En un ciclo, comienza a 0V, sube a 170V, y luego cae a 0 de nuevo.El área del rectángulo verde original con el límite superior a 120V es igual a la suma de las áreas de las partes positivas y negativas de la curvaAsí que 120V es el promedio?

Bueno, si tuvieras que promediar todos los valores de voltaje en cada punto a lo largo del ciclo, el resultado sería alrededor de 108V, así que no puede ser la respuesta.Tiene que ver con lo que llamamos el "voltaje efectivo."

Si tuvieras que medir el calor generado por la corriente de CC que fluye a través de la resistencia, encontrarías que es mayor que el calor generado por la corriente AC equivalente.Esto se debe a que el CA no mantiene un valor constante durante todo el ciclo.Si se realiza en el laboratorio, bajo condiciones controladas, se encuentra que una corriente de CC en particular produce un aumento de calor de 100 grados, su equivalente AC producirá un 70.7 grados de aumento o 70Así que el valor efectivo de AC es 70,7% de DC.También se puede ver que el valor efectivo del voltaje CA es igual a la raíz cuadrada de la suma de los voltajes cuadrados de la primera mitad de la curva.

Si la tensión máxima es 1 y se deben medir las tensiones individuales de 0 grados a 180 grados, la tensión efectiva será la tensión máxima de 0-707.0.707 veces el voltaje máximo de 170 en la figura es igual a 120VEste voltaje efectivo también se conoce como la raíz media cuadrada o voltaje RMS. Por lo tanto, el voltaje máximo es siempre 1.414 del voltaje efectivo.La corriente AC de 230V tiene un voltaje máximo de 325V mientras que el 460 tiene un voltaje máximo de 650V.

Además de los cambios de frecuencia, incluso si el voltaje es independiente de la velocidad de funcionamiento del motor CA, el inversor también debe cambiar el voltaje.

El diagrama muestra dos ondas senoidales AC de 460V. El rojo es una curva de 60hz, el azul es de 50hz. Ambos tienen un voltaje máximo de 650V, sin embargo, 50hz es mucho más amplio.Se puede ver fácilmente que el área dentro de la primera mitad de la curva de 50 Hz (0-10 ms) es mayor que la primera mitad de la curva de 60 Hz (0-8Además, dado que el área debajo de la curva es proporcional al voltaje efectivo, el voltaje efectivo es mayor.el aumento del voltaje efectivo se vuelve más dramático.

Si se permite que los motores de 460 V funcionen a estos voltajes más altos, su vida útil puede reducirse en gran medida.el inversor debe cambiar constantemente el voltaje "pico" en relación con la frecuencia para mantener un voltaje efectivo constanteCuanto más baja sea la frecuencia de funcionamiento, menor será la tensión de pico, y viceversa.

Ahora debe tener una buena comprensión de cómo funciona el inversor y cómo controlar la velocidad del motor.La mayoría de las unidades permiten al usuario ajustar manualmente la velocidad del motor con un interruptor de varias posiciones o un teclado, o automatizar el proceso mediante sensores (presión, caudal, temperatura, nivel, etc.).