12 puntos prácticos sobre convertidores de frecuencia

1. Composición básica de un convertidor de frecuencia

Un convertidor de frecuencia consta de cuatro partes principales: rectificador, enlace de CC (circuito intermedio), inversor y circuito de control. El rectificador convierte la CA de red en CC; el enlace de CC filtra y almacena energía; el inversor, bajo las órdenes del circuito de control, convierte la CC de nuevo en CA con frecuencia y tensión ajustables para alimentar al motor.

2. Diferencia entre convertidores de fuente de tensión y de fuente de corriente

El circuito principal del convertidor puede ser de dos tipos: de fuente de tensión o de fuente de corriente. En el convertidor de fuente de tensión se utilizan condensadores como elemento de filtrado en el enlace de CC, comportándose como una fuente de tensión. En el convertidor de fuente de corriente se utilizan bobinas (reactancias) como elemento de filtrado, comportándose como una fuente de corriente. La elección entre ambos depende de las características de la carga y de la aplicación.

3. ¿Por qué la tensión y la frecuencia deben variar proporcionalmente?

El par electromagnético de cualquier motor es el resultado de la interacción entre la corriente y el flujo magnético. Según la fórmula E = 4,44 × K × F × N × Φ, durante el control de velocidad variable el circuito magnético varía ampliamente con la frecuencia de trabajo. Esto puede provocar fácilmente una saturación magnética severa, distorsión de la corriente de excitación y picos de corriente. Por lo tanto, al cambiar la frecuencia, la tensión de salida debe controlarse proporcionalmente para mantener el flujo constante, evitando el debilitamiento o la saturación. Este método de control V/f se utiliza ampliamente en cargas de ahorro energético como ventiladores y bombas.

4. No se deben conectar condensadores a la salida del convertidor

En la salida del convertidor de frecuencia no se permite conectar condensadores ni tampoco motores monofásicos con condensador. La salida del convertidor es una forma de onda modulada por PWM; un condensador provocaría una corriente de carga excesiva, causando disparos por sobrecorriente e incluso daños en el módulo inversor.

5. Un convertidor de frecuencia no es adecuado para motores monofásicos

Un convertidor de frecuencia no es apto, en principio, para accionar motores monofásicos. En los motores monofásicos con arranque por interruptor, el devanado auxiliar se quema por debajo del rango de regulación. En los motores monofásicos con condensador de arranque o de funcionamiento, el condensador puede explotar. La mayoría de los convertidores están diseñados para alimentación trifásica; solo algunos modelos de pequeña capacidad admiten entrada monofásica.

6. Un convertidor no se puede utilizar directamente como fuente de alimentación de frecuencia variable

Una fuente de alimentación de frecuencia variable ofrece una onda senoidal pura y puede proporcionar cualquier tensión y frecuencia de red del mundo. Un convertidor de frecuencia (más propiamente llamado regulador de velocidad) entrega una onda cuadrada modulada por PWM con muchos armónicos; su tensión y frecuencia deben variar proporcionalmente y no pueden ajustarse por separado. Por tanto, un convertidor no puede servir como fuente de alimentación universal – solo es adecuado para el control de velocidad de motores asíncronos trifásicos.

7. La selección del convertidor debe basarse en la corriente del motor

Al seleccionar un convertidor de frecuencia, la corriente nominal del motor debe ser el criterio principal; la potencia nominal solo sirve como referencia. Cuando un motor diseñado para red se alimenta desde un convertidor, la corriente aumenta entre un 10‑15% y la elevación de temperatura alrededor de un 20‑25%. Al accionar motores de alta velocidad se generan más armónicos, lo que incrementa la corriente de salida del convertidor; por ello, se debe elegir un convertidor una talla superior al que se usaría para un motor estándar.

8. Los cables de señal y los de potencia deben ir separados

Los cables de señal y de control deben ser apantallados para evitar interferencias. Si el recorrido supera los 100 m, la sección del conductor debe aumentarse adecuadamente. Los cables de señal y control no deben colocarse en la misma bandeja o canal que los cables de potencia para evitar interferencias mutuas; es mejor tenderlos en tubos protectores separados. Para la transmisión de señales se prefieren las señales de corriente (por ejemplo, 4‑20 mA), ya que son menos sensibles a la atenuación y a las interferencias.

9. Principio para ajustar los tiempos de aceleración y deceleración

El tiempo de aceleración es el necesario para que la frecuencia de salida suba de cero al máximo; el tiempo de deceleración es el que tarda en bajar de máximo a cero. Durante la aceleración se debe limitar la velocidad de subida de frecuencia para evitar sobrecorriente; durante la deceleración, para evitar sobretensión. En la puesta en marcha, se suelen fijar tiempos largos inicialmente, se observa si se producen alarmas de sobrecorriente o sobretensión en los arranques/paradas, y luego se acortan gradualmente hasta justo antes de que salte la alarma – esos son los valores óptimos.

10. Peligros de una frecuencia de funcionamiento demasiado baja

Cuando un motor funciona a muy bajas velocidades durante períodos prolongados, su refrigeración se deteriora notablemente, lo que puede provocar sobrecalentamiento e incluso la quemadura del motor. Además, a bajas velocidades la corriente en el cable aumenta, causando su calentamiento. Por lo tanto, se debe fijar razonablemente la frecuencia mínima de funcionamiento para evitar la operación prolongada a velocidades demasiado reducidas.

11. Función de salto de frecuencia para evitar resonancias

En determinadas frecuencias, el motor y el equipo pueden entrar en resonancia. La función de salto de frecuencia (o saltos de frecuencia) permite evitar esos puntos de resonancia, protegiendo la maquinaria. Al controlar compresores, también hay que evitar los puntos de bombeo (surge).

12. Funciones de protección del convertidor de frecuencia

Las funciones de protección del convertidor se dividen en dos categorías:

• Corrección automática – por ejemplo, prevención de bloqueo por sobrecorriente, prevención de bloqueo por sobretensión regenerativa. Cuando se detecta una anomalía, el convertidor realiza automáticamente acciones correctivas.

• Parada de emergencia – por ejemplo, disparo por sobrecorriente, disparo por sobretensión regenerativa, protección por sobrecalentamiento del ventilador de refrigeración, protección por caída instantánea de tensión. Cuando se detecta una anomalía, se bloquean las señales PWM y el motor se detiene automáticamente.

Si se utiliza un embrague para conectar la carga, la corriente de pico momentánea puede provocar un disparo por sobrecorriente. Si el motor lleva condensadores de corrección del factor de potencia, su corriente de carga puede también causar disparos – dichos condensadores deben eliminarse.