Los variadores de frecuencia son dispositivos electrónicos que se utilizan en operaciones industriales para controlar la velocidad de motores de inducción monofásicos y trifásicos sin afectar el consumo eléctrico, el par motor, la impedancia, el flujo magnético, entre otros aspectos del motor. También se utilizan para controlar la aceleración y desaceleración durante el arranque o la parada.
La frecuencia está relacionada con las RPM del motor. Si no se necesita operar a máxima velocidad, el variador puede reducir la frecuencia y voltaje para cumplir con los requisitos del motor. Se dividen en tres etapas principales: convertidor de entrada, bus de CC y inversor.
Los tiristores son un componente fundamental dentro de los variadores de frecuencia, y se utilizan para convertir el voltaje AC de la red eléctrica en voltaje DC controlado. Actualmente, la mayoría de variadores a tiristor diseñados para operar con alimentación AC monofásica tienen 4 tiristores, mientras que las unidades que operan con alimentación trifásica incluyen seis tiristores.
Funcionamiento de los tiristores
La función principal de los tiristores en un variador de frecuencia es convertir voltaje AC a un voltaje DC controlado. Los Rectificadores Controlados de Silicio (SCR) normalmente llamados “tiristores”, usados en la unidad de potencia convierten la energía de la red eléctrica en voltaje DC controlado. De esta manera, se entrega energía continua al motor, y este puede variar su velocidad en proporción directa a la tensión entregada.
Los tiristores pueden operar en los cuatro cuadrantes y ofrecen operación bidireccional sin el uso de contactores de inversión y frenado regenerativo controlado. Además, existe la posibilidad de añadir un grupo de tiristores con polaridad invertida para obtener capacidades regenerativas.
Clasificación de componentes electrónicos en activos y pasivos
Es importante tener en cuenta que los componentes electrónicos se dividen en activos y pasivos. Los componentes pasivos incluyen condensadores e inductancias, mientras que los componentes activos están basados en semiconductores, como diodos, tiristores y transistores. Los semiconductores tienen las características de un interruptor ideal, lo que los hace especialmente populares en Electrónica de Potencia.
Sin embargo, cada tipo de componente posee características específicas. Por ejemplo, los diodos poseen una baja caída de tensión en su unión P-N al conducir, y son elegidos en función de la aplicación. En cambio, los tiristores son puestos en conducción cuando la tensión ánodo-cátodo es positiva y son bloqueados al anular la corriente que conduce.
Componentes activos: tiristores, MOSFET y transistores
Los tiristores son un tipo de semiconductor utilizado para la conversión de energía AC en DC. Dado que los tiristores pueden actuar como interruptores controlados, es posible controlar la cantidad de energía que fluye del convertidor a la carga, entregando así una cantidad específica de energía útil y suministrando la energía excedente de regreso a la red.
Los MOSFET ( Field Effect Transistor ) cuentan con una capacidad de control de puerta inherente y tienen una alta velocidad de conmutación en comparación con los tiristores. Además, son extremadamente sensibles, lo que los hace susceptibles de fallas si se manipulan con demasiada brusquedad.
Los transistores bipolares son controlados por la corriente que circula entre la base y emisor, lo que los convierte en un dispositivo de control de corriente muy preciso y confiable. Debido a su capacidad para manejar corrientes y voltajes elevados, los transistores bipolares son muchas veces utilizados en la fuente inversora de una aplicación de frecuencia variable.
Las ventajas de los variadores de frecuencia
Los variadores de frecuencia se han convertido en herramientas indispensables en el mundo de la industria. Proporcionan ventajas como la reducción de tiempo y recursos necesarios para las operaciones, el aumento de la seguridad de los equipos y técnicos, la reducción de los costos eléctricos y la prolongación de la vida útil de los motores.
Por ejemplo, los variadores son comúnmente utilizados para el control de ventiladores, bombas y compresores. Su capacidad para reducir el consumo de energía se ha convertido en un recurso valioso para la preservación de los recursos naturales y la sustentabilidad ambiental.
Un paso hacia la innovación tecnológica
El uso de los tiristores en variadores de frecuencia representa un gran avance en la tecnología de la energía eléctrica. Además, existen diversos tipos de tiristores, como los Tiristores de Puerto Único, los Tiristores Bidireccionales y los Tiristores de Control de Fase. Cada tipo de tiristor tiene una función específica que puede ser utilizada en diferentes aplicaciones.
Ahora bien, a pesar de que el uso de los tiristores y otros componentes electrónicos en los variadores de frecuencia ha permitido mejorar los procesos industriales, aún queda mucho por hacer. La tecnología se encuentra en constante evolución, y es necesario seguir trabajando en nuevas formas de mejorar los procesos industriales y avanzar hacia una sociedad más sostenible.
¿Qué nos depara el futuro?
Sin lugar a dudas, el futuro nos depara grandes avances tecnológicos. La llegada de nuevos materiales y la aparición de nuevos componentes semiconductores representan un gran potencial para desarrollar sistemas que sean más eficientes, más económicos y más amigables con el medio ambiente.
La energía eléctrica es uno de los campos más prometedores para el desarrollo de nuevas tecnologías y dispositivos, lo que abre grandes oportunidades para el desarrollo de nuevas tecnologías, y la creación de soluciones eléctricas más eficientes y ecológicas.
En conclusión, los tiristores son componentes vitales en los variadores de frecuencia, permitiendo la convertir AC en DC. La implementación de los tiristores se ha convertido en una estrategia electrónica utilizada para controlar la velocidad, aceleración y desaceleración de los motores, lo que es fundamental en la industria. Queda mucho por descubrir, pero gracias a la tecnología, se avecina un futuro prometedor y lleno de posibilidades.
