Etapa de potencia en variadores de velocidad de motor AC

18 Marzo 2010

 

EL TRANSISTOR IGBT

 

Los transistores bipolares de compuerta aislada comúnmente llamados IGBT’s son el resultado de muchas investigaciones desarrolladas por los fabricantes de componentes electrónicos, con el objetivo de conseguir un dispositivo de gran velocidad de conmutación, mínimo consumo de corriente de control y gran capacidad de soporte a voltajes y corrientes elevados. El símbolo del IGBT según norma alemana se muestra en la figura 3-6.

 

 

Observe que los terminales Colector-Emisor normalmente vienen con un diodo “Damper” instalado en dicha posición para protección contra cargas inductivas.

 

Para activar un IGBT (turn on), se debe aplicar voltaje de un valor determinado a sus terminales de control Gate-Emisor. El consumo de corriente de dicho terminal de control es prácticamente cero; por lo tanto se dice que el IGBT no consume corriente. Esto evita los retardos de tiempo asociados con dispositivos que consumen corriente de control tal como los transistores bipolares BJT.

 

Un transistor IGBT responde rápidamente a los cambios de señal (menores a 1 us), reduciendo los niveles audibles en el motor AC mientras se esta controlando el torque y la velocidad. Y, su gran frecuencia de conmutación (frecuencia portadora) provee un control de corriente de gran respuesta dinámica. También, las pérdidas en un IGBT son muy pequeñas como resultado de disponerse en encapsulados compactos dentro del variador. Las medidas correctas del transistor IGBT mediante un multímetro digital en escala de diodos (Transistor IGBT con diodo Damper) se muestra en la figura 3-7. El valor “OL” de la tabla (3-1) representa máxima escala.

 

 

 

 

EL INVERSOR PUENTE TRIFÁSICO

 

La figura 3-8 nos muestra el circuito que puede cumplir con los requisitos solicitados por la ecuación (3-4). Por lo tanto el motor AC puede ser controlado a velocidades diferentes a su valor nominal y aún conservar las características nominales de su torque.

 

La única forma de poder conseguir una onda de voltaje que cumpla con el requisito de cambiar proporcionalmente su voltaje y frecuencia al mismo tiempo, es por medio de un circuito Inversor.

 

En la figura 3-8 se muestran las partes que conforman la etapa de potencia de todo tipo de variador de velocidad de motor AC en la actualidad.

 

 

 

La alimentación de entrada es VAC monofásico o trifásico dependiendo de la potencia del motor AC a controlar. Dicho voltaje AC es rectificado por medio de un puente de diodos.

 

Luego tenemos la etapa de filtrado compuesta de filtro de corriente (bobina) y filtro de voltaje (capacitor), con el objetivo de disponer de una barra de voltaje DC lo más continua posible (bornes +DC/-DC).

 

Dicha barra DC es la entrada al circuito inversor, el cual por medio del trabajo conmutado de los IGBT la convierte en un voltaje de salida (bornes U, V, W) denominada “Seno-PWM”, que cumple con el requisito de mantener la relación V/f a proporción constante.

 

 

VOLTAJE SENO-PWM

 

La figura 3-9 muestra en forma detallada la onda “Seno-PWM” de salida del inversor trifásico en puente. La amplitud (Vd) de dicha onda es igual a la barra de voltaje DC (bornes +DC/-DC de entrada al circuito inversor).

 

El motor recibe dicha onda de voltaje por los bornes de salida U,V,W y la filtra obteniendo corrientes (IU, IV. IW) casi senoidales. El promedio de voltaje eficaz “V” depende del ancho de los pulsos y la frecuencia efectiva “f” vista por el motor es 1/T. La velocidad de conmutación de los transistores IGBT es 1/t denominada “frecuencia portadora”.

 

El resultado es que el motor recibe la relación “V/f” proporcional a sus valores nominales, consiguiendo que desarrolle su trabajo aún a velocidades menores que lo normal y sin pérdida de torque.

 

 

José Carlos Villajulca

Soy un apasionado ingeniero especializado en Control, Automatizacion e Instrumentación Industrial. Con mas 8 años de experiencia desarrollando proyectos y manteniendo sistemas de control en diversas plantas industriales. Soy director y webmaster de InstrumentacionyControl.NET y de MyAutomationClass.com. Cualquier consulta o comentario lo puedes hacer en la parte de abajo y escribiendo a mi email.

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