¿Qué es la frecuencia portadora de un convertidor de frecuencia y cómo se ajusta?

Introducción

Variadores de frecuencia (VFD)también conocido como convertidores de frecuencia, convertidores de frecuenciautilizan principalmente la modulación por ancho de pulsos (PWM) para conseguir la conversión de frecuencia. Se trata de generar una serie de impulsos con anchuras e intervalos variables para formar la tensión de salida. El tamaño y la forma de estos impulsos vienen determinados por las intersecciones de la onda de modulación y la onda portadora, lo que se conoce como frecuencia portadora. La frecuencia portadora influye significativamente en el rendimiento y la eficacia de estos dispositivos. Ajustar correctamente la frecuencia portadora es esencial para minimizar el ruido del sistema, conseguir formas de onda suaves y reducir las interferencias.

¿Cuál es la frecuencia portadora de los convertidores de frecuencia de baja tensión?

La frecuencia portadora es la frecuencia a la que conmutan los dispositivos electrónicos de potencia del variador de frecuencia para crear la frecuencia de salida variable necesaria para controlar el motor. En los convertidores de frecuencia de baja tensión (≤ 500 V), el principal método de control es la modulación de anchura de impulsos de onda senoidal (SPWM), en la que la frecuencia portadora es ajustable y suele oscilar entre 1 kHz y 15 kHz. Aunque los usuarios suelen confiar en los valores preestablecidos por el fabricante, es crucial ajustar la frecuencia portadora en función de las condiciones reales de funcionamiento. Un ajuste incorrecto de la frecuencia portadora puede afectar negativamente al rendimiento y la eficacia del convertidor de frecuencia. Las siguientes secciones proporcionan directrices para seleccionar la frecuencia portadora adecuada.

Frecuencia portadora y consumo del convertidor de frecuencia

El consumo de energía de un convertidor de frecuencia depende directamente de su frecuencia portadora. Las frecuencias portadoras más altas provocan mayores pérdidas de conmutación en los componentes electrónicos de potencia, lo que se traduce en un mayor consumo de energía. Por el contrario, las frecuencias portadoras más bajas reducen las pérdidas por conmutación, pero pueden afectar a la suavidad de funcionamiento del motor. Por lo tanto, la optimización de la frecuencia portadora es esencial para equilibrar el consumo de energía y el rendimiento operativo.

Influencia de la frecuencia portadora en la temperatura ambiente

La temperatura ambiente tiene un impacto significativo en el rendimiento y la fiabilidad de convertidores de frecuencia. Las frecuencias portadoras altas combinadas con temperaturas ambiente elevadas pueden estresar los módulos de potencia, reduciendo su capacidad para manejar corrientes de salida continuas. Para garantizar un funcionamiento seguro y fiable del IGBT, es necesario ajustar la frecuencia portadora y tener en cuenta la temperatura ambiente al configurar los parámetros del convertidor de frecuencia.

Frecuencia portadora y potencia del motor

Para motores de alta potencia, suele ser aconsejable utilizar frecuencias portadoras más bajas. Esto reduce las interferencias con otros equipos, disminuye el consumo de energía y reduce la generación de calor. Aunque los distintos fabricantes pueden tener recomendaciones específicas, el principio general es equilibrar el rendimiento y la eficiencia seleccionando una frecuencia portadora adecuada para la potencia nominal del motor.

Relación entre la frecuencia portadora y la longitud de la salida secundaria (U, V, W) del convertidor de frecuencia

La longitud de los cables de salida secundarios (U, V, W) también afecta a la elección de la frecuencia portadora. A medida que aumenta la longitud del cable de salida, también lo hace la corriente de fuga. Para gestionar esto, la frecuencia portadora debe ajustarse en consecuencia:

• Para longitudes de cable < 50 m: 15 kHz
• Para longitudes de cable de 50-100 m: 10 kHz
• Para longitudes de cable de 100-150 m: 5 kHz
• Para longitudes de cable de 150-200 m: 1 kHz

Frecuencia portadora (kHz)	Longitud de la línea (m)
15	< 50
10	50 – 100
5	100 – 150
1	150 – 200

¿Cuál es el impacto de la frecuencia portadora en la corriente de salida de los convertidores de frecuencia?

La frecuencia de la portadora afecta al contenido armónico de la corriente de salida de convertidores de frecuencia. Las frecuencias portadoras más altas tienden a producir una menor distorsión armónica, lo que resulta en una forma de onda de corriente de salida más limpia. Esto puede mejorar el rendimiento y la vida útil de los motores y otros equipos conectados. Sin embargo, también aumenta las pérdidas por conmutación, lo que afecta a la eficiencia. Por lo tanto, el equilibrio entre la reducción de armónicos y la eficiencia es crucial a la hora de establecer la frecuencia portadora.

¿Cuáles son los efectos de la frecuencia portadora en los motores?

Ruido y vibraciones

Las frecuencias portadoras más altas reducen el ruido y las vibraciones del motor, haciendo que el funcionamiento sea más silencioso y suave. Sin embargo, también aumentan la frecuencia de las corrientes armónicas, exacerbando el efecto piel en el estator del motor y aumentando las pérdidas del motor. El uso de una frecuencia portadora adecuada minimiza el ruido y las vibraciones, al tiempo que garantiza un funcionamiento eficaz del motor.

Calefacción

La frecuencia portadora afecta a las características de calentamiento del motor. Las frecuencias más altas mejoran la forma de onda de la corriente, pero también aumentan la temperatura del motor debido a las corrientes armónicas adicionales. Para mitigarlo, utilice frecuencias portadoras más altas con medidas de refrigeración adicionales, como reactancias de CA, u opte por motores especialmente diseñados para servicio invertido.

Desequilibrio entre la frecuencia portadora y la corriente trifásica de entrada del convertidor de frecuencia

Un desequilibrio en la frecuencia portadora puede provocar corrientes de entrada trifásicas desiguales, causando un calentamiento excesivo y posibles daños a el convertidor de frecuencia. Para minimizar este desequilibrio, considere lo siguiente:

• Mejora la calidad de la fuente de alimentación para reducir las tensiones de entrada desequilibradas.
• Seleccione convertidores de frecuencia de alta calidad.
• Aumente la frecuencia portadora cuando proceda.
• Ajuste la secuencia de fases de la tensión de entrada.

Relación entre la frecuencia portadora y las interferencias electromagnéticas

Las frecuencias portadoras más altas pueden aumentar las interferencias electromagnéticas (EMI) debido a la conmutación de alta frecuencia de los componentes electrónicos de potencia. Las EMI pueden afectar a los equipos electrónicos cercanos a través de la inducción electrostática, la inducción electromagnética y la radiación electromagnética. Para mitigar las EMI, utilice técnicas adecuadas de blindaje, conexión a tierra y filtrado, y seleccione una frecuencia portadora adecuada que equilibre el rendimiento y los niveles de EMI.

Conclusión

En conclusión, la frecuencia portadora de un convertidor de frecuencia es un parámetro crítico que influye en el consumo de energía, la temperatura ambiente, la potencia del motor, la corriente de salida y las interferencias electromagnéticas. Comprender estas repercusiones y optimizar la frecuencia portadora es esencial para lograr un funcionamiento eficiente y fiable en diversas aplicaciones.