¿Cómo funcionan juntas la modulación de frecuencia de portadora y de ancho de pulso en un VFD para controlar la velocidad del motor de CA?

En un VFD, la frecuencia portadora es la frecuencia de cambio de los dispositivos de alimentación. Para comenzar con un ejemplo simple, considere el circuito del puente H que se muestra a continuación. Los cuatro transistores se pueden cambiar secuencialmente para producir una aproximación bruta de una onda sinusoidal. Hay dos ciclos de encendido / apagado requeridos para producir un ciclo de la forma de onda de salida, por lo que la frecuencia de conmutación es el doble de la frecuencia de salida. Si la frecuencia de salida cambia, la frecuencia de la portadora debe cambiar proporcionalmente.

Paracontrolarunmotordeinducción,latensióndebecontrolarseparamantenerunarelaciónrelativamenteconstantedetensiónafrecuencia.Parahaceresoconlamodulacióndeanchodepulso(PWM),sedebenagregarunoomáseventosdeconmutaciónalesquemacomosemuestraacontinuación.LaadicióndePWMparacontrolarelvoltajeconesteesquemahacequelafrecuenciadeconmutaciónseaseisveceslafrecuenciadesalida.Lafrecuenciadeconmutacióngeneralmenteseseleccionaparaqueseamuchomásdeseisveceslafrecuenciadesalidaparareducirelcontenidoarmónicoyproporcionarunaformadeondadesalidaefectivademejorcalidad.Variosfabricantesdescribensusesquemasdecontroldediferentesmaneras.Deunaformauotra,laformadeondarequeridaparaproducirelrendimientodeseadodelmotorsecalculaylosdispositivosseconmutanenconsecuenciadentrodeloslímitesqueeldiseñohapuestoenlafrecuenciadeconmutación.

Esposibleutilizarunnúmeromayordepulsosmoduladosenfrecuenciasdesalidamásbajasencomparaciónconelnúmerousadoenfrecuenciasdesalidamásaltas.Enesecaso,lafrecuenciadeconmutacióncomounmúltiplodelafrecuenciadesalidapodríaaumentarydisminuiramedidaquelafrecuenciadesalidaaumentaenlugardeaumentarenproporciónalafrecuenciadesalida.HayotrosfactoresenelesquemadecontrolgeneralyeneldiseñodeVFDqueagreganunamayorcomplejidadalarelaciónentrelafrecuenciadesalidaylafrecuenciadeconmutación.

LossiguientesdiagramasmuestrandosposiblesdiseñosdePWMbasadosenunaondaportadoradetriángulosqueinterceptaunaondadereverenciasinusoidal.EstosmuestrancómosepuedeimplementarunafrecuenciavariableconsimulacióndeondasinusoidalPWMdevoltajevariableproporcionalconunafrecuenciaportadoraqueesunmúltiplopfdelafrecuenciasinusoidaloconunafrecuenciaportadoraconstante.

Tengaencuentaquelavelocidaddeconmutaciónessoloelrecuentodelastransicionesdeencendido/apagadoydeencendido/apagadoporsegundo.Laduración"on" y la duración "off" se pueden ajustar en un amplio rango sin cambiar la frecuencia de conmutación.

Varios aspectos de los esquemas de modulación de ancho de pulso del “método de triangulación” para VFD se describen en:

J. Zubek, A. Abbondanti y C. J. Norby, "Impulsos de motor de inversor modulados por ancho de impulso con modulación mejorada", en Transacciones IEEE en aplicaciones de la industria, vol. IA-11, no. 6, pp. 695-703, noviembre de 1975. doi: 10.1109 / TIA.1975.349357

Ese papel cita:

K. Heintze et al., “Inversores estáticos moduladores de ancho de pulso para el control de velocidad de motores de inducción”, Siemens-Z., Vol. 45 (3), pp. 154-161, 1971.

y:

A. Schonung y H. Stemmler, "Cambiadores de frecuencia estáticos con control subarmónico junto con variadores de velocidad reversibles de velocidad variable", Brown-Boveri Review, pp. 555-577, agosto / sept. 1964.

El método de triangulación se puede haber utilizado en cierta medida antes de que se usaran los microprocesadores en VFD. En muchas discusiones, la onda portadora de triángulos se utiliza para ilustrar el principio básico en lugar de describir la implementación detallada. Con el control del microprocesador, es posible simular ondas sinusoidales con voltaje y frecuencia variables de muchas maneras con una frecuencia de conmutación fija o variable. Muchos esquemas han sido descritos y utilizados. Es difícil determinar qué esquemas son populares hoy en día.

Puede haber esquemas que, en efecto, cambian tanto el número como el ancho de los pulsos PWM para cada ciclo de la forma de onda de salida que se produce. En la mayoría de los diseños modernos de VFD, el procesador recalcula constantemente el voltaje y la frecuencia de salida requeridos.