El inversor y el accionamiento PWM
Varía la fracción en conducción senoidalmente: la tensión media es…
Un inversor conecta el terminal a +Vdc o -Vdc, conmutando muy rápido. Sin filtrar es una onda cuadrada tosca, pero la conmutación es tan rápida que la inductancia del motor filtra la alta frecuencia y deja solo el promedio. Usa el deslizador de índice de modulación para variar senoidalmente la fracción en conducción. ¿Qué forma tiene el promedio (dorado) entre los pulsos toscos?
El inversor conmuta CC en CA
Un inversor trifásico arma interruptores semiconductores sobre un bus de CC, dos por rama y tres ramas. Cada rama conecta la salida a +Vdc con su interruptor superior y a -Vdc con el inferior. Operando las tres ramas a 120° entre sí sale CA trifásica. Conmutado una sola vez sería una cuadrada tosca, pero en la práctica conmuta muy rápido, a varios kilohercios. La inductancia del devanado filtra esta componente de alta frecuencia, y en la corriente solo queda el promedio.
El PWM promedia en una senoide
La fracción de un periodo de conmutación en que la salida permanece en +Vdc es el duty. Un duty de la mitad promedia cero; uno mayor hacia +, uno menor hacia -. Variar este duty senoidalmente en un periodo de salida hace que la tensión media trace una senoide. El modo de fijar el duty es la modulación por ancho de pulso (PWM), hecha comparando una senoide de referencia con una portadora triangular rápida. La amplitud de la referencia es el índice m y fija la tensión; su frecuencia fija la frecuencia. Ambas independientes, así que tensión y frecuencia se controlan por separado.
Un inversor mueve toda máquina
El control V/f de una máquina de inducción es hacer el índice m proporcional a la frecuencia para mantener el flujo; la velocidad variable de síncronas y servos y la conmutación electrónica del BLDC son este inversor moldeando tensión y frecuencia según una consigna o la posición del rotor. La conmutación rápida trae pérdidas y armónicos, pero se domestican subiendo la portadora y refinando la modulación, como el PWM vectorial. Lo que el colector de la máquina de CC hacía con un contacto mecánico, el inversor lo generaliza con interruptores semiconductores. Toda máquina de esta asignatura, iniciada en el circuito magnético, queda al fin controlada por tensión y frecuencia sobre este único dispositivo.
De vuelta a la primera pantalla
Variar la fracción en conducción senoidalmente hizo que el promedio trazara una senoide. El inversor solo conmuta la salida rápido entre +Vdc y -Vdc, pero la inductancia del motor filtra la alta frecuencia y deja el promedio, así que modular el duty senoidalmente hace ese promedio una senoide suave. La amplitud de la referencia (el índice) fija la tensión y su frecuencia la de salida, así que una sola CC controla tensión y frecuencia por separado. El V/f de las de inducción, la velocidad variable de las síncronas y la conmutación del BLDC corren todos en este único dispositivo. Partiendo de una sola hebra de flujo en el circuito magnético, por transformadores y máquinas rotativas, la historia de las máquinas eléctricas cierra donde los interruptores semiconductores moldean tensión y frecuencia.
Desde el flujo y la reluctancia del circuito magnético (A), por el transformador que intercambia ese flujo (A), la máquina de CC que conmuta la rotación en CC (B), la de inducción que gira con un deslizamiento en un campo giratorio (C), la síncrona que une velocidad y frecuencia (D), hasta las máquinas especiales y el inversor que forjan imanes y semiconductores (E), aquí estamos. Toda máquina fue un hilo: hace fuerza de la interacción de flujo y corriente, y gobierna esa fuerza por conmutación y control. El mapa que trazaron estas veinte unidades será un ojo que, ante cualquier máquina rotativa, pregunta de dónde viene el flujo, por dónde va la corriente y qué los controla.