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CAPÍTULO II

2. VARIADORES DE FRECUENCIA

2.1. Principio de funcionamiento de los variadores de frecuencia

2.2.1. Introducción
En este capítulo estudiaremos el funcionamiento de un variador de frecuencia, que básicamente transforma la tensión de alimentación trifásica o monofásica con frecuencia fija (60 Hz), en tensión trifásica de frecuencia variable. Estatransformación se realiza para manipular la velocidad de motores trifásicos de corriente alterna, cuya velocidad de sincronismo está definida por la ecuación:
,
Donde, f es la frecuencia de operación y p es el número de polos del motor.
La velocidad en el eje del rotor de un motor asíncrono se obtiene a través del deslizamiento (s), característica del motor que expresa la diferencia entre lavelocidad de sincronismo o del campo rotacional y la velocidad del rotor en por unidad.
,
De estas ecuaciones obtenemos una relación directa entre la velocidad de salida y la frecuencia de salida del motor:

2.2.2.
Estructura del variador de frecuencia
Estudiaremos al variador de frecuencia de manera simplificada dividiéndolo en cuatro partes principales:

Figura 2.1 Esquemático deun variador de frecuencia

2.2.3.1. Rectificador
Convierte la entrada de tensión alterna monofásica o trifásica, en voltaje directo pulsante.
Existen de dos tipos controlado formado por SCR’s que permiten regular el voltaje DC, y no controlado compuesto por diodos en los que el nivel de DC obtenido es fijo.
Los variadores que utilizaremos poseen rectificadores de tipo nocontrolado; monofásico en el caso del ALTIVAR 31 y trifásico para el DANFOSS FC302.
En la figura siguiente observamos el voltaje de entrada AC y el voltaje DC pulsante a la salida del rectificador monofásico no controlado.

Figura 2.2 Ondas de voltaje de un rectificador monofásico de onda completa

2.2.3.2. Circuito intermedio
Funciona como acumulador de energía que será suministrada alinversor. Dependiendo de la aplicación cumple con proporcionar corriente continua variable mediante un inductor, estabilizar o suavizar el voltaje DC pulsante usando un capacitor, u obtener voltaje DC variable por medio de un transistor que trocea el voltaje y luego se fija por el capacitor conectado al bus DC.

Figura 2.3 Onda de voltaje de salida del circuito intermedio2.2.3.3. Inversor
Transforma el voltaje DC de la etapa anterior, en voltaje AC de frecuencia variable. Está compuesto por semi-conductores controlados, un par por fase, en la actualidad se utilizan IGBT’s (insulated gate bipolar transistor) por sus características favorables de alto manejo de corriente, aislamiento de compuerta y alta velocidad de conmutación.
A continuación podemos observar el voltajede salida del inversor a una frecuencia distinta a la de la entrada, sin embargo, dependiendo del controlador se modula el ancho de pulso para que la corriente suministrada sea lo más próxima a la forma sinusoidal.

Figura 2.4 Onda de voltaje de línea-línea de un inversor trifásico

2.2.3.4. Controlador
Cumple con las siguientes funciones:
* Controlar lossemi-conductores del variador de frecuencia.
* Intercambiar datos entre el variador y los periféricos.
* Almacenar y reportar fallos.
* Manejar las funciones de operación.

2.2.3. Modos de control de los variadores de frecuencia
Modulación de amplitud de pulso (PAM, Pulse Amplitude Modulation)
Usado en el circuito intermedio de los convertidores que poseen un troceador,para regular el nivel de voltaje DC suministrado al inversor.

Figura 2.5 Modulación de amplitud de pulso
Modulación por ancho de pulso (PWM, Pulse Width Modulation)
Controla el puente inversor para generar un voltaje trifásico a una frecuencia deseada a partir de un voltaje DC fijo aproximadamente igual a.

Figura 2.6 Conmutación de fases de un inversor

Cada rama del inversor tiene dos...