convertidor de CA a CA

Un convertidor de CA a CA de estado sólido transforma una forma de onda de CA en otra forma de onda de CA, donde el voltaje y la frecuencia de salida se pueden configurar arbitrariamente.

En referencia a la figura 1, los convertidores CA-CA se pueden clasificar de la siguiente manera:

• Convertidores CA-CA indirectos (o CA/CC-CA) (es decir, con rectificador, enlace CC e inversor), ^{[ 2 ]} como los utilizados en variadores de frecuencia
• Cicloconvertidores
• convertidores matriciales híbridos
• Convertidores matriciales (MC)
• controladores de voltaje de CA

Existen dos tipos de convertidores con enlace de CC:

• Convertidores inversores de fuente de voltaje (VSI) (Fig. 2): En los convertidores VSI, el rectificador consta de un puente de diodos y el enlace de CC consta de un condensador en paralelo.
• Convertidores inversor de fuente de corriente (CSI) (Fig. 3): En los convertidores CSI, el rectificador consta de un puente de dispositivo de conmutación controlado por fase y el enlace de CC consta de 1 o 2 inductores en serie entre una o ambas ramas de la conexión entre el rectificador y el inversor.

Cualquier operación de frenado dinámico requerida para el motor puede realizarse mediante un convertidor CC-CC de frenado y una resistencia de derivación conectada en paralelo con el rectificador. Alternativamente, se debe incorporar un puente de tiristores antiparalelo en la sección del rectificador para inyectar energía a la línea de CA. Sin embargo, estos rectificadores basados ​​en tiristores con control de fase presentan una mayor distorsión de la línea de CA y un menor factor de potencia a baja carga que los rectificadores basados ​​en diodos.

Un convertidor CA-CA con corrientes de entrada aproximadamente sinusoidales y flujo de potencia bidireccional se puede lograr acoplando un rectificador de modulación por ancho de pulso (PWM) y un inversor PWM al enlace de CC. La magnitud del enlace de CC se controla mediante un elemento de almacenamiento de energía común a ambas etapas: un condensador C para el enlace de CC de tensión o un inductor L para el enlace de CC de corriente. El rectificador PWM se controla de manera que se extraiga una corriente de línea CA sinusoidal, en fase o en contrafase (para realimentación de energía) con la tensión de fase de línea CA correspondiente.

Gracias al elemento de almacenamiento de energía del enlace de CC, ambas etapas del convertidor se encuentran, en gran medida, desacopladas para fines de control. Además, la etapa del inversor PWM dispone de una entrada constante e independiente de la línea de CA, lo que permite un alto aprovechamiento de la capacidad de potencia del convertidor. Por otro lado, el elemento de almacenamiento de energía del enlace de CC tiene un volumen físico relativamente grande y, al utilizar condensadores electrolíticos en el caso de un enlace de CC de tensión, la vida útil del sistema podría verse reducida.

Un cicloconvertidor genera una forma de onda de salida de frecuencia variable, aproximadamente sinusoidal, mediante la conmutación de segmentos de la forma de onda de entrada a la salida; no requiere un enlace de CC intermedio. Con elementos de conmutación como los tiristores (SCR ), la frecuencia de salida debe ser inferior a la de entrada. Se fabrican cicloconvertidores de gran tamaño (del orden de 10 MW) para accionamientos de compresores y túneles de viento, o para aplicaciones de velocidad variable como hornos de cemento .

Para lograr una mayor densidad de potencia y fiabilidad, se utilizan convertidores matriciales. Estos realizan la conversión trifásica CA-CA sin necesidad de un elemento intermedio de almacenamiento de energía. Los convertidores matriciales directos convencionales (Fig. 4) realizan la conversión de voltaje y corriente en una sola etapa.

Existe la opción alternativa de conversión indirecta de energía mediante el uso del convertidor matricial indirecto (Fig. 5) o el convertidor matricial disperso , inventado por el Prof. Johann W. Kolar de la ETH Zúrich. Al igual que con los controladores VSI y CSI basados ​​en el enlace de CC (Fig. 2 y Fig. 3), se proporcionan etapas separadas para la conversión de voltaje y corriente, pero el enlace de CC no tiene un elemento de almacenamiento intermedio. Generalmente, al emplear convertidores matriciales, se elimina el elemento de almacenamiento en el enlace de CC a costa de un mayor número de semiconductores. Los convertidores matriciales se consideran a menudo un concepto futuro para la tecnología de variadores de velocidad, pero a pesar de la intensa investigación realizada durante décadas, hasta ahora solo han alcanzado una baja penetración industrial. Sin embargo, citando la reciente disponibilidad de semiconductores de bajo costo y alto rendimiento, un importante fabricante de variadores ha estado promoviendo activamente los convertidores matriciales en los últimos años. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

• Variador de frecuencia
• Cambiador de frecuencia
• convertidor de matriz dispersa