La principal diferencia entre el motor alimentado por una fuente de alimentación con convertidor de frecuencia y el motor alimentado por una onda sinusoidal de frecuencia industrial radica en que, por un lado, opera en un amplio rango de frecuencias, desde bajas hasta altas, y por otro lado, la forma de onda de la potencia no es sinusoidal. Mediante el análisis de la forma de onda de voltaje en serie de Fourier, se observa que la forma de onda de la fuente de alimentación contiene más de 2N armónicos, además del componente fundamental (onda de control) (N es el número de ondas de modulación contenidas en cada mitad de la onda de control). Cuando el convertidor de CA SPWM emite potencia y la aplica al motor, la forma de onda de corriente en el motor se presenta como una onda sinusoidal con armónicos superpuestos. Esta corriente armónica genera un componente de flujo magnético pulsante en el circuito magnético del motor asíncrono, el cual se superpone al flujo magnético principal, de modo que este último contiene un componente de flujo magnético pulsante. Este componente de flujo magnético pulsante también provoca que el circuito magnético tienda a saturarse, lo que tiene los siguientes efectos en el funcionamiento del motor:
1. Se genera un flujo magnético pulsante.
Las pérdidas aumentan y la eficiencia disminuye. Debido a que la salida de la fuente de alimentación de frecuencia variable contiene una gran cantidad de armónicos de orden superior, estos armónicos producen el consumo correspondiente de cobre y hierro, reduciendo la eficiencia operativa. Incluso la tecnología de ancho de pulso sinusoidal SPWM, ampliamente utilizada en la actualidad, solo suprime los armónicos de bajo orden y reduce el par pulsante del motor, extendiendo así el rango de operación estable del motor a baja velocidad. Y los armónicos de alto orden no solo no disminuyen, sino que aumentan. En general, en comparación con la fuente de alimentación sinusoidal de frecuencia industrial, la eficiencia se reduce entre un 1 % y un 3 %, y el factor de potencia entre un 4 % y un 10 %, por lo que la pérdida armónica del motor bajo la fuente de alimentación de frecuencia variable es un gran problema.
b) Generación de vibraciones y ruido electromagnéticos. Debido a la existencia de una serie de armónicos de alto orden, también se generarán vibraciones y ruido electromagnéticos. Reducir estas vibraciones y ruido ya representa un problema para los motores alimentados por onda sinusoidal. Para los motores alimentados por inversor, el problema se complica aún más debido a la naturaleza no sinusoidal de la fuente de alimentación.
c) A baja velocidad se produce un par pulsante de baja frecuencia. La síntesis de la fuerza magnetomotriz armónica y la corriente armónica del rotor genera un par electromagnético armónico constante y un par electromagnético armónico alterno. Este último provoca la pulsación del motor, afectando así su funcionamiento estable a baja velocidad. Incluso con el modo de modulación SPWM, en comparación con la alimentación sinusoidal de frecuencia industrial, persistirá cierto grado de armónicos de bajo orden, lo que generará un par pulsante a baja velocidad y afectará la estabilidad del motor a dicha velocidad.
2. Generar tensión de impulso y tensión axial (corriente) en el aislamiento.
a) Se produce una sobretensión. Cuando el motor está en funcionamiento, la tensión aplicada suele superponerse a la sobretensión generada al conmutar los componentes del convertidor de frecuencia, y a veces la sobretensión es alta, lo que provoca descargas eléctricas repetidas en la bobina y daños en el aislamiento.
b) Generación de tensión axial y corriente axial. La generación de tensión en el eje se debe principalmente al desequilibrio del circuito magnético y al fenómeno de inducción electrostática, que no suele ser grave en motores convencionales, pero sí lo es en motores alimentados por una fuente de alimentación de frecuencia variable. Si la tensión en el eje es excesiva, se dañará la lubricación de la película de aceite entre el eje y el cojinete, y se reducirá la vida útil de este último.
c) La disipación de calor afecta el efecto de disipación de calor cuando se opera a baja velocidad. Debido al amplio rango de regulación de velocidad del motor de frecuencia variable, este suele operar a baja velocidad y baja frecuencia. En este caso, debido a la baja velocidad, el aire de refrigeración proporcionado por el sistema de ventilación propio utilizado en los motores convencionales es insuficiente, lo que reduce el efecto de disipación de calor y obliga a utilizar un sistema de ventilación independiente.
La influencia mecánica es propensa a la resonancia; en general, cualquier dispositivo mecánico produce este fenómeno. Sin embargo, un motor que funciona a frecuencia y velocidad constantes debe evitar la resonancia con la frecuencia natural mecánica de la respuesta en frecuencia eléctrica de 50 Hz. Cuando el motor funciona con conversión de frecuencia, la frecuencia de operación abarca un amplio rango, y cada componente tiene su propia frecuencia natural, lo que facilita la resonancia a una frecuencia determinada.
Fecha de publicación: 25 de febrero de 2025