Cómo los inversores industriales generan CA a partir de un bus de CC
Los inversores industriales sintetizan corriente alterna controlable a partir de un bus de corriente continua mediante conmutación y filtrado de semiconducto...
Un inversor no simplemente “invierte” un rectificador. Conmuta una fuente de CC mediante dispositivos semiconductores, controla la sincronización de esas conmutaciones y, a menudo, filtra el resultado para crear una forma de onda de CA adecuada para un motor, una interfaz con la red, un SAI o una carga independiente.
La arquitectura comienza con un bus de CC. Su tensión, capacitancia, impedancia de la fuente y rizado admisible determinan cuánta energía está disponible durante los cambios de carga.
La fuente de CC y la carga de CA imponen restricciones diferentes; la etapa de conmutación debe satisfacer ambas.
Los interruptores crean la polaridad y la tensión media
Un puente H utiliza cuatro interruptores controlados para aplicar una tensión de CC positiva o negativa a una carga. Encender simultáneamente el par incorrecto crea una trayectoria destructiva de cortocircuito directo, por lo que los controladores de puerta insertan un tiempo muerto y aplican interbloqueos.
La modulación por ancho de pulso cambia la tensión media variando el ciclo de trabajo de los interruptores. En un inversor trifásico, las ramas del puente, coordinadas entre sí, sintetizan tensiones de fase cuya frecuencia fundamental y magnitud pueden controlarse para un motor.
La forma de onda es un espectro
La carga nunca recibe directamente del puente una onda sinusoidal matemáticamente perfecta. Recibe pulsos de conmutación que contienen una componente fundamental deseada, además de armónicos. La inductancia del motor filtra parte de la forma de onda; otras cargas pueden requerir un filtro LC o un filtro de onda sinusoidal.
Los estados alternos de los interruptores invierten la corriente, mientras que la modulación por ancho de pulso controla la forma de onda de salida efectiva.
Los límites de la aplicación aparecen fuera del inversor
Los flancos rápidos de tensión pueden someter a esfuerzos el aislamiento del motor, crear corrientes en los rodamientos y producir sobretensiones de onda reflejada en cables largos. Los filtros, el tipo de cable, la puesta a tierra y la frecuencia de conmutación deben elegirse teniendo en cuenta el motor y la instalación.
Las cargas regenerativas pueden elevar la tensión del bus de CC. El sistema puede necesitar una resistencia de frenado, un frente activo o una vía de almacenamiento de energía. La protección de entrada, la precarga, los fusibles de CC, los sensores térmicos y el aislamiento de fallos son igualmente importantes.
Las opciones de accionamientos industriales están organizadas en accionamientos y control de movimiento, mientras que el hardware de conversión complementario puede consultarse en fuentes de alimentación.
La eficiencia es un rango de funcionamiento
Las pérdidas de conducción, las pérdidas de conmutación, los componentes magnéticos y la refrigeración determinan la eficiencia y la potencia disponible. Una frecuencia de conmutación más alta puede mejorar la calidad de la forma de onda, pero aumenta el calor. Puede ser necesario reducir la capacidad nominal por la altitud, la temperatura ambiente, las condiciones de la envolvente o la refrigeración del motor a baja velocidad.
Opinión del autor: la pregunta útil no es si un inversor produce CA, sino si el sistema completo formado por fuente, convertidor, cable y carga permanece bajo control eléctrico y térmico durante el arranque, la regeneración, los fallos y el funcionamiento continuo.
