Finalidad y principio de funcionamiento de un convertidor de frecuencia para motores asíncronos. Regulación de un motor asíncrono monofásico mediante convertidor de frecuencia.
En el mercado energético moderno, los electricistas tenían que utilizar un condensador de arranque o desfasador de gran capacidad para conectar un motor asíncrono.
El motor estaba en marcha, pero perdía potencia significativamente. Además, el uso de condensadores calentaba en gran medida los devanados del motor, lo que reducía en gran medida su vida útil, y los motores a menudo tenían que ser "rebobinados". Teniendo en cuenta que los devanados de un motor asíncrono están hechos de alambre de cobre, tales reparaciones causaron grandes daños.
Dado que un motor asíncrono es una parte integral de casi todos los accionamientos modernos, la cuestión de crear una regulación de frecuencia ha alcanzado un nivel especial. Y ahora, los generadores de frecuencia ya se utilizan ampliamente para conectar un motor eléctrico a la red y controlarlo.
En esencia, un inversor de frecuencia es un dispositivo que cambia la frecuencia del voltaje suministrado a los devanados con regulación PWM. Gracias al convertidor de frecuencia, fue posible conectar un motor asíncrono a la red sin comprometer su vida útil, sin sobrecalentarse, y también brindar muchas posibilidades para controlar la velocidad de rotación del eje.
Además, utilizando varias interfaces de transmisión de datos y comandos, el uso de variadores de frecuencia hizo posible combinar todos los variadores de una gran empresa en un solo sistema de despacho para controlar y monitorear parámetros.
En el mundo de la automatización de procesos moderna, este es un argumento poderoso.
Un variador de frecuencia moderno consta de dos bloques fundamentales. El primer bloque suaviza completamente el voltaje y produce una salida constante. Se suministra voltaje constante a la unidad de generación de frecuencia eléctrica. Después de la conversión, en la salida del segundo bloque la frecuencia del voltaje ya será la misma que la especificada en la configuración.
El microprocesador integrado en el convertidor de frecuencia es responsable de la capacidad de cambiar la frecuencia del voltaje. Utilizando un programa determinado, el procesador monitorea la frecuencia del voltaje de salida, así como los parámetros de funcionamiento del motor eléctrico.
De hecho, los convertidores de frecuencia para motores asíncronos, cuyo principio de funcionamiento es simplemente generar la frecuencia requerida de corriente alterna, son moduladores de la naturaleza requerida del voltaje, que es necesario para tal o cual equipo. Esto es lo que redujo el impacto negativo en el funcionamiento del motor eléctrico que se producía al utilizar condensados.
El motor eléctrico recibe exactamente el voltaje que necesita para un funcionamiento normal y completo.
Consideramos necesario señalar que incluso en presencia de una línea de tensión trifásica, no siempre es racional conectar un motor eléctrico a la red simplemente a través de un interruptor. En este caso, el motor funcionará, pero no será posible regular su funcionamiento. No será posible controlar el estado de los devanados.
En la ejecución industrial, se pueden encontrar dos tipos principales:
- Especial.
- Universal.
Se fabrica un convertidor de frecuencia especial para un motor asíncrono, cuyo circuito es ligeramente diferente al universal, para equipos específicos según necesidades específicas. Por regla general, se trata de versiones muy simplificadas que no son capaces de funcionar con ningún equipo.
Los variadores de frecuencia universales pueden funcionar tanto en equipos especiales como en todas las demás aplicaciones. Por eso son universales, pueden personalizarse y programarse para adaptarse a cualquier necesidad.
Por lo tanto, la elección de un motor asíncrono debe estar dictada no tanto por las necesidades específicas de producción, sino también por la posibilidad de actualizar el equipo.
Casi todos los generadores de frecuencia actuales tienen la capacidad de instalar y controlar el modo de funcionamiento de un motor eléctrico desde un panel de control. La primera interfaz de control está integrada en la propia carcasa del transmisor de frecuencia. También hay una perilla para regular la velocidad del motor.
Pero también puedes utilizar paneles de control remoto. El cual puede ubicarse tanto en la sala de control como directamente en la máquina, la cual es accionada por un motor eléctrico.
Esto es más común en situaciones donde la máquina con el motor está ubicada en una habitación donde no se recomienda instalar un variador de frecuencia. Y se instala alejado del equipo.
La mayoría de los variadores de frecuencia permiten programar el funcionamiento del equipo. Pero no podrás configurar el programa simplemente desde el panel de control. Para ello se utiliza una interfaz de configuración y transferencia de datos que, mediante un ordenador, permite configurar el programa operativo deseado.
Diferencia en tipos de señales de control.
A la hora de diseñar un taller, es muy importante tener en cuenta que la comunicación entre los convertidores de frecuencia y el panel de control se producirá mediante impulsos eléctricos a través de cables de comunicación. Al mismo tiempo, no debemos olvidar que los distintos estándares de comunicación se influyen entre sí de forma diferente. Por lo tanto, transferir datos de una manera puede reducir significativamente la calidad de la transferencia de datos de otra manera.
Por tanto, el cálculo de un convertidor de frecuencia para un motor asíncrono debe realizarse no sólo en función de sus características eléctricas, sino también de su compatibilidad con la red.
La cuestión de la potencia del variador de frecuencia probablemente esté en primer plano al calcular el variador de cualquier máquina o unidad. El hecho es que la mayoría de los inversores de frecuencia son capaces de soportar grandes sobrecargas de hasta un 200 - 300%. Pero esto no significa en absoluto que para alimentar un motor eléctrico se pueda comprar con seguridad un generador de frecuencia en un segmento inferior al requerido por planificación.
La selección se realiza con un margen obligatorio del 20 - 30%. Ignorar esta regla puede provocar fallos en el convertidor de frecuencia y tiempo de inactividad del equipo.
También es importante considerar las cargas máximas que puede soportar el generador de frecuencia. El hecho es que cuando arranca un motor eléctrico, sus corrientes de arranque pueden superar con creces las nominales. ¡En algunos casos la corriente de arranque es seis veces mayor que la corriente nominal! El convertidor de frecuencia debe estar diseñado para tales cambios.
Cada motor eléctrico está equipado con un ventilador de refrigeración. Son palas que se instalan en la parte trasera del motor y, a medida que gira el eje, fuerzan el aire a través de la carcasa del motor.
Si el motor eléctrico funciona a bajas velocidades, es posible que el flujo de aire no sea suficiente para enfriar.
En este caso, deberá elegir un convertidor de frecuencia con sensores de temperatura del motor. U organice enfriamiento adicional.
Compatibilidad electromagnética de los convertidores de frecuencia.
A la hora de calcular tanto la red como el motor eléctrico, hay que recordar que es muy susceptible a interferencias. Además, el propio convertidor de frecuencia puede convertirse en una fuente de interferencias para otros equipos. Es por ello que todas las conexiones hacia y desde el generador de frecuencia se realizan mediante cables blindados y manteniendo una distancia de 10 cm entre sí.
En esencia, el uso de un convertidor privado para alimentar un motor eléctrico asíncrono hizo posible extender significativamente la vida útil del motor eléctrico, permitió regular el funcionamiento del motor y ahorró mucho en el consumo de energía eléctrica.
Hoy en día, los motores asíncronos son los principales motores de tracción para máquinas herramienta, transportadores y otras unidades industriales.
Para que los motores funcionen normalmente, necesitan un convertidor de frecuencia. Le permite optimizar el funcionamiento de la unidad y extender su vida útil. No es necesario comprar ningún dispositivo; puede hacer un interruptor de frecuencia para un motor eléctrico trifásico con sus propias manos.
Propósito del convertidor de frecuencia
Un motor eléctrico asíncrono puede funcionar sin convertidor de frecuencia, pero en este caso tendrá una velocidad constante sin posibilidad de ajuste. Además, la ausencia de un convertidor de frecuencia provocará un aumento de la corriente de arranque de 5 a 7 veces la nominal, lo que provocará un aumento de las cargas de choque, aumentará las pérdidas de electricidad y conducirá a una reducción significativa de la vida útil del la unidad.
Para nivelar todos los factores negativos anteriores, se inventaron convertidores de frecuencia para motores asíncronos trifásicos y monofásicos.
El convertidor de frecuencia permite regular ampliamente la velocidad del motor eléctrico, garantiza un arranque suave, permite ajustar tanto la velocidad de arranque como la velocidad de frenado, conectar un motor trifásico a una red monofásica y mucho más. . Todas estas funciones dependen del microcontrolador en el que está construido y pueden diferir entre modelos.
Principio de funcionamiento del dispositivo.
La corriente alterna fluye desde la red al puente de diodos, donde se rectifica y ingresa a una batería de condensadores de alisado, donde finalmente se convierte en corriente continua, que se suministra a los drenajes de potentes transistores IGBT controlados por el controlador principal. Las fuentes de los transistores, a su vez, están conectadas al motor.
A continuación se muestra un diagrama simplificado de un convertidor de frecuencia para un motor de inducción trifásico.
Ahora veamos qué sucede con los transistores y cómo funcionan.
Un transistor de efecto de campo (también conocido como interruptor, mosfet, etc.) es un interruptor electrónico, el principio de su funcionamiento se basa en la aparición de conductividad entre dos terminales (drenaje y fuente) del mosfet cuando aparece un voltaje que excede el voltaje de drenaje. en el terminal de control (puerta).
A diferencia de los relés convencionales, los interruptores funcionan a frecuencias muy altas (desde varios hercios hasta cientos de kilohercios), por lo que no es posible sustituirlos por un relé.
Con la ayuda de estos interruptores de alta velocidad, el microcontrolador puede controlar los circuitos de alimentación.
Además de los mosfets, al controlador también se conectan sensores de corriente, controles de control de frecuencia y otros periféricos.
Cuando el convertidor de frecuencia está en funcionamiento, el microcontrolador mide el consumo de energía y, de acuerdo con los parámetros configurados en el panel de control, cambia la duración y frecuencia de los períodos en los que el transistor está abierto (encendido) o cerrado (apagado), cambiando así o manteniendo la velocidad de rotación del motor eléctrico.
Autoproducción del dispositivo.
A pesar de la gran cantidad de unidades producidas en fábrica, la gente fabrica sus propios convertidores de frecuencia; afortunadamente, hoy en día todos sus componentes se pueden comprar en cualquier tienda de radio o pedirlos en China. Un generador de frecuencia de este tipo le costará mucho menos que uno comprado y, además, no dudará de la calidad de su montaje y fiabilidad.
Hacer un convertidor trifásico
Montaremos nuestro convertidor utilizando mosfets G4PH50UD, que serán controlados por un controlador PIC16F628A utilizando optodrivers HCPL3120.
El generador de frecuencia ensamblado, cuando se conecte a una red monofásica de 220 V, tendrá en la salida tres fases completas de 220 V, con un desplazamiento de 120°, y una potencia de 3 kW.
El diagrama del circuito de frecuencia se ve así:
Dado que el convertidor de frecuencia consta de partes que funcionan con voltaje alto (parte de potencia) y bajo (control), sería lógico dividirlo en tres placas (placa principal, placa de control y fuente de alimentación de baja tensión) para excluir la posibilidad de avería entre vías con alta y baja tensión y fallo del dispositivo.
Así es como se ve el diseño del tablero de control:
Para alimentar el tablero de control, se puede utilizar cualquier fuente de alimentación de 24 V, con ondulaciones de no más de 1 V pico a pico, con un retraso en el corte de la fuente de alimentación de 2-3 segundos desde el momento en que se desconecta la tensión de alimentación de 220 V. desaparece.
Puede montar la fuente de alimentación usted mismo utilizando este diagrama:
Tenga en cuenta que las clasificaciones y los nombres de todos los componentes de la radio en los diagramas ya están etiquetados, por lo que incluso un radioaficionado novato puede ensamblar un dispositivo que funcione con ellos.
Antes de comenzar a ensamblar el convertidor, asegúrese de:
Si hiciste todo correctamente y no olvidaste nada, puedes comenzar a ensamblar.
Después del montaje terminarás con algo similar a esto:
Ahora todo lo que tienes que hacer es comprobar el dispositivo: para ello, conecta el motor al convertidor de frecuencia y aplícale tensión. Después de que el LED se encienda indicando que está listo, presione el botón "Inicio". El motor debería comenzar a girar lentamente. Cuando mantienes presionado el botón, el motor comienza a acelerar, cuando lo sueltas mantiene la velocidad al nivel al que logró acelerar. Cuando se presiona el botón Reset, el motor se detiene por inercia. El botón "Reversa" se activa sólo cuando el motor está parado.
Si la prueba fue exitosa, entonces puede comenzar a fabricar la carcasa y ensamblar en ella el generador de frecuencia. No olvide hacer agujeros en la carcasa para la entrada de aire frío y la salida de aire caliente del radiador de los transistores IGBT.
Convertidor de frecuencia para motor monofásico
Un convertidor de frecuencia para motor monofásico se diferencia de uno trifásico en que tiene dos fases en la salida (aquí no hay error, el motor es monofásico, cuando se conecta sin convertidor de frecuencia, el devanado de trabajo es conectado directamente a la red, y el devanado de arranque está conectado a través de un condensador, pero cuando se usa un convertidor de frecuencia, el devanado de arranque está conectado a través de la segunda fase) y un neutro, a diferencia de las tres fases de este último; hacer un convertidor de frecuencia para un motor eléctrico monofásico, utilizar un circuito trifásico como base no funcionará, por lo que tendrás que empezar de nuevo.
Usaremos una MCU ATmega328 con un cargador Arduino como cerebro de este convertidor. En principio, esto es Arduino, solo que sin su propio arnés. Entonces, si tiene un Arduino con un microcontrolador de este tipo en sus contenedores, puede desoldarlo de manera segura y usarlo para negocios, después de cargar en él el boceto (firmware) de este archivo:
Al atmega se conectará el controlador IR2132, y a él se conectarán los mosfets IRG4BC30, al que conectaremos un motor con una potencia de hasta 1 kW inclusive.
Diagrama del convertidor de frecuencia para un motor monofásico:
Además, para alimentar el arduino (5V) y el relé de potencia (12V), necesitaremos 2 estabilizadores. Aquí están sus diagramas:
estabilizador de 12 voltios.
Estabilizador de 5 voltios.
¡Atención! Este esquema no es simple. Es posible que deba configurar y depurar el firmware para lograr la funcionalidad completa del dispositivo, pero esto no es difícil y hay muchos manuales de programación de Arduino en Internet. Además, el propio boceto contiene comentarios bastante detallados para cada acción. Pero si esto le resulta demasiado difícil, puede intentar encontrar un generador de frecuencia de este tipo en una tienda. Aunque no son tan comunes como los convertidores de frecuencia para motores trifásicos, puedes comprarlos, aunque no en todas las tiendas.
También preste atención al hecho de que no puede encender el circuito sin balasto: los interruptores de salida se quemarán. El balastro debe conectarse a través de un diodo con el ánodo mirando hacia el condensador del filtro de potencia. Si conecta el balastro sin diodo, las llaves volverán a fallar.
Si todo te conviene, puedes empezar a hacer el tablero, y luego a ensamblar todo el circuito. Antes del montaje, asegúrate de que la disposición de la placa es correcta y no presenta defectos en la misma, y también de que tienes todos los componentes de la radio indicados en el esquema. Recuerde también instalar los transistores IGBT en un disipador de calor masivo y aislarlos mediante almohadillas térmicas y arandelas aislantes.
Después de ensamblar la unidad de frecuencia, puede comenzar a verificarla. Idealmente, debería tener la siguiente funcionalidad: botón “S1” - inicio, cada pulsación posterior agrega un cierto número (modificado al editar el boceto) de revoluciones; "S2" es igual que "S1", pero hace que el motor gire en dirección opuesta; botón “S3” - parada; cuando se presiona, el motor se detiene por inercia.
Tenga en cuenta que lo contrario se realiza mediante una parada completa del motor; si intenta cambiar la dirección de rotación mientras el motor está en marcha, se detendrá inmediatamente y los interruptores de alimentación se quemarán por sobrecarga. Si no le importa el dinero que tiene que gastar en reemplazar los mosfets, puede usar esta función como freno de emergencia.
Posibles problemas durante la verificación.
Si al verificar el interruptor de frecuencia el circuito no funciona o no funciona correctamente, significa que cometió un error en alguna parte. Desconecte el generador de frecuencia de la red y verifique la corrección. instalación de componentes, su capacidad de servicio y la ausencia de roturas/cortocircuitos de vías donde no deberían estar. Una vez que encuentre un problema, corríjalo y pruebe el inversor nuevamente. Si todo está bien, comience a depurar el firmware.
Creado a finales del siglo XIX, el motor asíncrono trifásico se ha convertido en un componente indispensable de la producción industrial moderna.
Para iniciar y detener sin problemas dichos equipos, se requiere un dispositivo especial: un convertidor de frecuencia. Especialmente importante es la presencia de un convertidor para motores grandes y de alta potencia. Con este dispositivo adicional se pueden regular las corrientes de arranque, es decir, controlar y limitar su valor.
Si regulas la corriente de arranque exclusivamente mecánicamente, no podrás evitar pérdidas de energía y reducir la vida útil del equipo. Esta corriente es de cinco a siete veces mayor que la tensión nominal, lo que es inaceptable para el funcionamiento normal del equipo.
El principio de funcionamiento de un convertidor de frecuencia moderno implica el uso de control electrónico. No solo proporcionan un arranque suave, sino que también regulan suavemente el funcionamiento del variador, respetando estrictamente la relación entre voltaje y frecuencia de acuerdo con una fórmula determinada.
La principal ventaja del dispositivo es el ahorro en el consumo de energía, con una media del 50%. Y también la posibilidad de ajuste teniendo en cuenta las necesidades de una producción específica.
El dispositivo funciona según el principio de conversión de doble voltaje.
- rectificado y filtrado por un sistema de condensadores.
- Luego entra en funcionamiento el control electrónico: se genera una corriente a la frecuencia especificada (programada).
La salida produce pulsos rectangulares que, bajo la influencia del devanado del estator del motor (su inductancia), se acercan a una sinusoide.
¿Qué buscar al elegir?
Los fabricantes se centran en el coste del convertidor. Por lo tanto, muchas opciones sólo están disponibles en modelos caros. Al elegir un dispositivo, se deben determinar los requisitos básicos para un uso específico.
- El control puede ser vectorial o escalar. El primero permite un ajuste preciso. El segundo solo admite una relación especificada entre frecuencia y voltaje de salida y solo es adecuado para dispositivos simples, como un ventilador.
- Cuanto mayor sea la potencia especificada, más universal será el dispositivo: se garantizará la intercambiabilidad y se simplificará el mantenimiento del equipo.
- El rango de voltaje de la red debe ser lo más amplio posible, lo que protegerá contra cambios en sus normas. La degradación no es tan peligrosa para el dispositivo como la actualización. En este último caso, los condensadores de la red pueden explotar.
- La frecuencia debe satisfacer plenamente las necesidades de producción. El límite inferior indica el rango de control de velocidad del variador. Si se necesita más ancho, será necesario el control de vectores. En la práctica, se utilizan frecuencias de 10 a 60 Hz, con menos frecuencia hasta 100 Hz.
- El control se realiza a través de diversas entradas y salidas. Cuantos más haya, mejor. Pero una mayor cantidad de conectores aumenta significativamente el costo del dispositivo y complica su configuración.
- El bus de control del equipo conectado debe coincidir con las capacidades del circuito convertidor de frecuencia en términos de número de entradas y salidas. Es mejor tener una pequeña reserva para la modernización.
- Capacidades de sobrecarga. La elección óptima es un dispositivo con una potencia un 15% mayor que la potencia del motor utilizado. En cualquier caso, es necesario leer la documentación. Los fabricantes indican todos los parámetros principales del motor. Si las cargas máximas son importantes, seleccione una unidad con una clasificación de corriente máxima un 10% mayor que la especificada.
Las entradas (salidas) discretas se utilizan para ingresar comandos de control y emitir mensajes de eventos (por ejemplo, sobrecalentamiento), digitales - para ingresar señales digitales (alta frecuencia), analógicas - para ingresar señales de retroalimentación.
Conjunto de convertidor de frecuencia de bricolaje para un motor asíncrono
Puede montar el inversor o convertidor usted mismo. Actualmente, existen muchas instrucciones y diagramas para dicho montaje en Internet.
La tarea principal es obtener un modelo "popular". Barato, fiable y diseñado para uso doméstico. Para operar equipos a escala industrial, por supuesto, es mejor dar preferencia a los dispositivos que se venden en las tiendas.
Procedimiento para montar un circuito convertidor de frecuencia para un motor eléctrico.
Para trabajar con cableado doméstico, con tensión de 220V y monofásico. Potencia aproximada del motor hasta 1 kW.
En una nota. Los cables largos deben estar equipados con anillos supresores de ruido.
El ajuste de la rotación del rotor del motor se ajusta dentro del rango de frecuencia de 1:40. Para bajas frecuencias, se requiere un voltaje fijo (compensación IR).
Conexión de un convertidor de frecuencia a un motor eléctrico.
Para cableado monofásico a 220V (uso doméstico), la conexión se realiza según el esquema “triangular”. ¡La corriente de salida no debe exceder el 50% de la corriente nominal!
Para cableado trifásico a 380V (uso industrial), el motor se conecta al convertidor de frecuencia en configuración de estrella.
El convertidor (o ) tiene los terminales correspondientes marcados con letras.
- R, S, T: aquí se conectan los cables de red, el orden no importa;
- U, V, W: para encender el motor asíncrono (si el motor gira en la dirección opuesta, debe intercambiar cualquiera de los dos cables en estos terminales).
- Se proporciona un terminal de conexión a tierra independiente.
Para prolongar la vida útil del convertidor, se deben observar las siguientes reglas:
- Limpie periódicamente el interior del dispositivo del polvo (es mejor soplarlo con un compresor pequeño, ya que una aspiradora no siempre puede hacer frente a la suciedad: el polvo se compacta).
- Reemplace los componentes de manera oportuna. Los condensadores electrolíticos están diseñados para cinco años y los fusibles para diez años de funcionamiento. Y los ventiladores de refrigeración duran entre dos y tres años de uso. Los cables internos deben reemplazarse cada seis años.
- Monitoree la temperatura interna y el voltaje del bus de CC.
- Respetar las condiciones de funcionamiento. La temperatura ambiente no debe exceder los +40 grados. Los niveles elevados de humedad y polvo en el aire son inaceptables.
El aumento de temperatura provoca el secado de la pasta termoconductora y la destrucción de los condensadores. En los componentes de la transmisión eléctrica, se debe cambiar al menos una vez cada tres años.
Controlar un motor asíncrono (por ejemplo) es un proceso bastante complejo. Los convertidores caseros son más baratos que sus homólogos industriales y muy adecuados para uso doméstico. Sin embargo, para uso industrial, es preferible instalar inversores montados en fábrica. Sólo técnicos bien capacitados pueden reparar modelos tan costosos.
Para proteger el medio ambiente, en todas partes se están introduciendo normas que recomiendan a los fabricantes de equipos eléctricos producir productos que ahorren energía. Esto suele lograrse controlando eficazmente la velocidad del motor.
Un convertidor de frecuencia para un motor eléctrico trifásico o convertidor de frecuencia tiene muchos nombres: inversor, convertidor de frecuencia de CA, variador de frecuencia. Hoy en día, muchas empresas producen convertidores de frecuencia, pero hay muchos entusiastas que crean convertidores con sus propias manos.
- Modos de control
- Inversor de bricolaje
Propósito y principio de funcionamiento del inversor.
El inversor controla la velocidad de rotación de los motores eléctricos asíncronos, es decir, motores que convierten la energía eléctrica en energía mecánica. La rotación resultante de los dispositivos de accionamiento se transforma en otro tipo de movimiento. Esto es muy conveniente y gracias a esto, los motores eléctricos asíncronos han ganado gran popularidad en todas las áreas de la vida humana.
Es importante tener en cuenta que la velocidad de rotación se puede ajustar mediante otros dispositivos, pero todos tienen muchas desventajas:
- dificultad de uso;
- precio alto;
- baja calidad del trabajo;
- rango de control insuficiente.
Mucha gente sabe que utilizar convertidores de frecuencia para regular la velocidad es el método más eficaz. Este dispositivo proporciona un arranque y parada suaves y también monitorea todos los procesos que ocurren en el motor. El riesgo de que se produzcan situaciones de emergencia al utilizar un convertidor de frecuencia es extremadamente insignificante.
Para garantizar un ajuste y una velocidad suaves, se ha desarrollado un circuito convertidor de frecuencia especial. Su uso aumenta significativamente el tiempo de funcionamiento continuo de un motor trifásico y ahorra energía. El convertidor le permite aumentar la eficiencia al 98%. Esto se logra aumentando la frecuencia de conmutación. Los reguladores mecánicos no son capaces de hacer esto.
Control de velocidad por inversor
Inicialmente, cambia el voltaje proveniente de la red. Luego, a partir del voltaje convertido, se forma un voltaje trifásico de la amplitud y frecuencia requeridas, que se suministra al motor eléctrico.
El rango de ajuste es bastante amplio. Es posible girar el rotor del motor en la dirección opuesta. Para evitar su avería, es necesario tener en cuenta los datos del pasaporte, que indican la velocidad y potencia máximas permitidas en kW.
Componentes de transmisión variable
A continuación se muestra un diagrama del convertidor de frecuencia.
Consta de 3 eslabones transformadores:
- un rectificador que genera voltaje CC cuando se conecta a la red de suministro eléctrico, que puede ser controlado o no controlado;
- un filtro que suaviza la tensión ya rectificada (para ello se utilizan condensadores);
- un inversor que genera la frecuencia de voltaje requerida, que es el último eslabón antes del motor eléctrico.
Modos de control
Los generadores de frecuencia se distinguen por tipos de control:
- tipo escalar (sin retroalimentación);
- tipo de vector (presencia de retroalimentación, o su ausencia).
En el primer modo, el campo magnético del estator está sujeto a control. En el caso del modo de control vectorial, se tiene en cuenta la interacción de los campos magnéticos del rotor y el estator y se optimiza el par de rotación cuando se opera a diferentes velocidades. Esta es la principal diferencia entre los dos modos.
Para ahorrar en la factura de la luz, nuestros lectores recomiendan la Caja de Ahorro de Electricidad. Los pagos mensuales serán entre un 30% y un 50% menos que antes de utilizar el ahorro. Elimina el componente reactivo de la red, lo que resulta en una reducción de la carga y, como consecuencia, del consumo de corriente. Los electrodomésticos consumen menos electricidad y se reducen los costes.
Además, el método vectorial es más preciso y eficiente. Sin embargo, su mantenimiento es más caro. Está diseñado para especialistas con una gran cantidad de conocimientos y habilidades. El método escalar es más sencillo. Es aplicable donde los parámetros de salida no requieren un ajuste preciso.
Conexión de un inversor estrella-triángulo
Después de comprar un inversor a un precio asequible, surge la pregunta: ¿cómo conectarlo al motor con sus propias manos? Antes de hacer esto, sería útil instalar una máquina desenergizante. Si se produce un cortocircuito en al menos una fase, todo el sistema se apagará inmediatamente.
El convertidor se puede conectar al motor eléctrico mediante circuitos “triángulo” y “estrella”.
Si el variador de velocidad es monofásico, los terminales del motor se conectan en configuración delta. En este caso no hay pérdida de potencia. La potencia máxima de dicho generador de frecuencia es de 3 kW.
Los inversores trifásicos son más avanzados. Reciben energía de redes industriales trifásicas. Conectado según el esquema "estrella".
Para limitar la corriente de arranque y reducir el par de arranque al arrancar un motor eléctrico con una potencia superior a 5 kW, utilice la opción de conmutación estrella-triángulo.
Al iniciar el voltaje al estator, se utiliza la opción "estrella". Cuando la velocidad del motor alcanza la velocidad nominal, la alimentación cambia al circuito delta. Pero este método se utiliza cuando es posible conectarse utilizando ambos esquemas.
Es importante tener en cuenta que en un circuito estrella-triángulo, los picos de corriente bruscos son inevitables. En el momento de cambiar a la segunda opción, la velocidad de rotación disminuye drásticamente. Para restaurar la velocidad, es necesario aumentar la corriente.
Los más populares son los convertidores para motores eléctricos con potencias de 0,4 kW a 7,5 kW.
Inversor de bricolaje
Además de producir inversores industriales, muchas personas los fabrican con sus propias manos. No hay ninguna dificultad particular en esto. Un convertidor de frecuencia de este tipo puede convertir una fase en tres. Un motor eléctrico con dicho convertidor se puede utilizar en casa, sobre todo porque no se pierde potencia.
La unidad rectificadora es lo primero en el circuito. Luego están los elementos filtrantes que cortan el componente de corriente alterna. Como regla general, para la fabricación de dichos inversores se utilizan transistores IGBT. El precio de todos los componentes de un dispositivo de frecuencia casero es mucho menor que el precio de un producto terminado.
Los controladores de frecuencia de este tipo son adecuados para motores eléctricos con potencias de 0,1 kW a 0,75 kW.
Usando inversores modernos
Los convertidores modernos se fabrican mediante microcontroladores. Esto ha ampliado enormemente la funcionalidad de los inversores en el campo de los algoritmos de control y la supervisión de la seguridad operativa.
Los convertidores se utilizan con gran éxito en las siguientes áreas:
- en sistemas de suministro de agua y calor para regular la velocidad de las bombas de agua fría y caliente;
- en ingeniería mecánica;
- en la industria textil;
- en el campo de los combustibles y la energía;
- para bombas de pozo y de aguas residuales;
- para la automatización de sistemas de control de procesos.
Los precios de los sistemas de alimentación ininterrumpida dependen directamente de la presencia de un convertidor de frecuencia en ellos. Se convierten en “guías” para el futuro. Gracias a ellos, la energía a pequeña escala se convertirá en el sector más desarrollado de la economía.
Añadir una etiquetaUn convertidor de frecuencia
Hola todos. Entonces decidí escribir un artículo sobre el variador asíncrono y el convertidor de frecuencia que hice. Mi amigo tuvo que girar el aserradero, y hacerlo bien. Y yo mismo me dediqué a la electrónica de impulsos e inmediatamente le ofrecí un generador de frecuencia. Sí, era posible comprar un convertidor propietario y tuve que ocuparme de ellos, parametrizarlos, pero quería el mío propio, ¡HECHO EN CASA! Y el accionamiento circular no es crítico para la calidad del control de velocidad, pero debe estar preparado para cargas de choque y funcionamiento bajo sobrecarga. Además, el control es lo más sencillo posible mediante un par de botones y sin parámetros allí.
Las principales ventajas de un variador de frecuencia (quizás lo repita para algunas):
Formamos 3 fases completas de 220 V a partir de una fase de 220 V con un cambio de 120 grados, y tenemos par y potencia totales en el eje.
Mayor par de arranque y arranque suave sin corriente de arranque alta
No se produce magnetización ni calentamiento innecesario del motor, como cuando se utilizan condensadores.
Capacidad para ajustar fácilmente la velocidad y la dirección si es necesario.
Aquí está el diagrama que surgió:
Un puente trifásico sobre transistores IGBT con diodos de rueda libre (utilicé el G4PH50UD existente) se controla a través de un optodriver HCPL 3120 (circuito de fuente de alimentación de arranque) mediante un microcontrolador PIC16F628A. En la entrada se encuentra un condensador de extinción para una carga suave de los electrolitos del circuito intermedio. Luego es desviado por un relé y al mismo tiempo llega el nivel de disponibilidad lógica al microcontrolador. También hay un disparador de protección contra corriente de cortocircuito. y sobrecarga severa del motor. El control se realiza mediante 2 botones y un interruptor de palanca para cambiar la dirección de rotación.
Monté la parte de potencia mediante una instalación con bisagras. La placa controladora se ve así:
Soldé resistencias paralelas de 270k en los condensadores de puerta de paso (olvidé dibujar lugares para ellos) en la parte posterior de la placa, luego quise reemplazarlos por unos SMD, pero los dejé así.
Así es como se ve esta placa después de soldar:
Por otro lado
Para alimentar el control, se montó una fuente de alimentación de conmutación estándar (FLAYBACK).
Su diagrama:
Puedes utilizar cualquier fuente de alimentación de 24V, pero que sea estabilizada y retrase un par de segundos la pérdida de tensión de salida desde el momento en que se corta la red eléctrica. Esto es necesario para que el variador tenga tiempo de apagarse debido a un error de CC. Lo logré instalando el electrolito C1 con mayor capacidad.
Ahora lo más importante... sobre el programa del microcontrolador. Programar anteojeras simples no fue difícil para mí, pero aquí tuve que esforzarme. Después de buscar en la red, no encontré ninguna información adecuada en ese momento. También me ofrecieron suministrar controladores especializados, por ejemplo un controlador MOTOROLA MC3PHAC. Pero, repito, quería el mío. Empecé a comprender en detalle la modulación PWM, cómo y cuándo abrir qué transistor... Surgieron ciertos patrones y surgió una plantilla para el programa más simple para calcular retrasos, con la ayuda del cual se puede producir un PWM sinusal satisfactorio y regular la Voltaje. Por supuesto, el controlador no tuvo tiempo de contar nada, las interrupciones no me dieron lo que necesitaba, por lo que inmediatamente descarté la idea de un cálculo PWM genial en el PIC16F628A. El resultado fue una matriz de constantes, que fue procesada por el controlador. Establecen tanto la frecuencia como el voltaje. Para ser honesto, pasé mucho tiempo jugueteando. El aserradero ya utilizaba condensadores a toda velocidad cuando salió la primera versión del firmware. Primero probé todo el circuito en un motor de ventilador de 180 vatios. Así es como se veía la “configuración experimental”:
Los primeros experimentos demostraron que este proyecto definitivamente tiene futuro.
El programa se perfeccionó y, como resultado, tras la promoción del motor de 4 kW, se pudo montar e ir al aserradero.
El compañero quedó gratamente sorprendido, aunque desde el principio se mostró escéptico. A mí también me sorprendió porque... Se comprobó la protección contra cortocircuitos. (sucedió accidentalmente en un motor de boro). Todo permaneció vivo. El motor de 1,5 kW y 1440 rpm masticaba fácilmente las vigas con un disco de 300 mm. Las poleas son una a una. Cuando hubo impactos y nudos, la luz se atenuó ligeramente, pero el motor no se detuvo. También tuve que apretarme mucho el cinturón, porque... se deslizó bajo una carga pesada. Luego lo pusieron en doble marcha.
Ahora todavía estoy ultimando el programa, será aún mejor, el algoritmo de funcionamiento de la cuña es un poco más complicado, hay más modos, la posibilidad de girar por encima del valor nominal... y aquí debajo está el más simple versión que ha estado trabajando en la sierra durante aproximadamente un año.
Sus características:
Frecuencia de salida: 2,5-50 Hz, paso 1,25 Hz; La frecuencia PWM es síncrona y variable. Rango aproximadamente 1700-3300 Hz; Modo de control escalar U/F, potencia del motor hasta 4 kW.
La frecuencia mínima de funcionamiento después de presionar el botón RUN una vez es de 10 Hz.
Cuando mantienes presionado el botón RUN, se produce la aceleración; cuando lo sueltas, la frecuencia sigue siendo aquella a la que lograste acelerar. Máximo 50 Hz - señalizado por LED. El tiempo de aceleración es de unos 2 segundos.
El LED "listo" indica que la unidad está lista para arrancar.
Lo contrario se sondea en el estado listo.
No hay modos de frenado ni de control de frecuencia, pero en este caso no son necesarios.
Cuando se presiona Parar o RESET, se produce una parada por inercia.
Eso es todo por ahora. Gracias por leer hasta el final.
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