Cómo Funciona un Variador de Frecuencia (VFD): CA a CC a CA Variable

Conversión de potencia en tres etapas

Un VFD (Variador de Frecuencia / Variador de Velocidad Ajustable) controla la velocidad del motor de CA sintetizando una salida de CA de frecuencia y voltaje variables a partir de la red de frecuencia fija.

Etapa 1: Rectificador (CA → CC)

• Puente de diodos (6 pulsos para 3 fases) o frente activo (AFE/IGBT) para regeneración/corrección de FP.
• Salida: CC pulsante (~650 V CC para entrada de 480 V CA).

Etapa 2: Bus CC (Filtro y almacenamiento)

• Grandes condensadores electrolíticos suavizan la ondulación → enlace CC estable.
• Voltaje del bus ≈ √2 × V_CA,entrada (p. ej., 1,35 × V_LL para 6 pulsos).
• Circuito de precarga limita la corriente de arranque al encender.

Etapa 3: Inversor (CC → CA variable)

• 6 IGBT (o SiC/GaN) en puente trifásico.
• PWM (Modulación por Ancho de Pulso): Conmutación de alta frecuencia (2–16 kHz) crea corriente quasi-sinusoidal.
• Control V/f: El voltaje se escala con la frecuencia (V/f constante = flujo constante) para control escalar.
• Vectorial / FOC: Control orientado al campo — desacopla par/flujo para alto desempeño dinámico.

Bucle de control

Referencia de velocidad → regulador de velocidad PI → referencia de corriente de par → bucles de corriente (d/q) → señales de puerta PWM.

Beneficios clave

• Ahorro de energía: Leyes de afinidad — potencia de bomba/ventilador ∝ velocidad³. Reducción del 20 % de velocidad → ~50 % de potencia.
• Arranque suave: Sin corriente de arranque, sin choque mecánico.
• Precisión: Regulación de velocidad ±0,1 % (vectorial).
• Protección: Sobrecorriente, sobrecarga, falla a tierra, sobretemperatura, prevención de bloqueo.

Aplicaciones

Bombas, ventiladores, compresores, transportadores, extrusoras, grúas, ascensores, máquinas herramienta — cualquier carga de par variable o par constante.