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Variador de frecuencia de media tensión (MV VFD)

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Variador de corriente alterna de media tensión

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Un variador de corriente alterna de media tensión (variador de CA de media tensión), también denominado variador de frecuencia de media tensión (VFD de media tensión) o variador de velocidad ajustable de media tensión, es un dispositivo de electrónica de potencia que se utiliza para controlar la velocidad, el par y el consumo energético de los motores de corriente alterna de media tensión mediante la variación de la tensión y la frecuencia de salida. Se utiliza ampliamente para motores de gran tamaño en aplicaciones industriales y de servicios públicos.

1. Características típicas
·Clase de tensión: 2,3 kV, 3,3 kV, 4,16 kV, 6,6 kV, 10 kV, 11 kV, 13,8 kV
·Rango de potencia: de cientos de kW a decenas o cientos de MW
·Frecuencia de salida: 0–50/60 Hz (normalmente superior para aplicaciones especiales)
·Tipos de motor: motor de inducción, motor síncrono, motor de imán permanente
·Refrigeración: refrigeración por aire o por líquido

Los modernos variadores de media tensión están disponibles desde varios cientos de kW hasta más de 100 MW, dependiendo de la aplicación.

2. Componentes principales

1) Transformador de entrada
·Reduce la tensión de la alimentación de media tensión entrante.
·Proporciona aislamiento eléctrico.
·A menudo utiliza múltiples devanados secundarios para un funcionamiento con bajos armónicos.

2) Sección rectificadora/convertidora
·Convierte la corriente alterna de entrada en corriente continua.
·Puede utilizar tecnología de diodos, tiristores o front-end activo (AFE).

3) Enlace de corriente continua
·Almacena y suaviza la energía de corriente continua.
·Contiene condensadores y componentes de filtrado.

4) Sección del inversor
·Convierte la corriente continua de nuevo en corriente alterna de frecuencia variable.
Utiliza dispositivos semiconductores de potencia tales como:
·IGBT
·IGCT
·Dispositivos de SiC (diseños más recientes)

5) Sistema de control
Controla:
·La velocidad del motor
·El par
·La aceleración/deceleración
·Funciones de protección
·Comunicación con sistemas PLC/DCS

3. Topologías comunes de variadores de media tensión

A.) Puente en H en cascada (CHB)
·La topología más común en variadores de media tensión.
·Utiliza múltiples celdas de potencia de baja tensión conectadas en serie.
Ventajas:
·Baja distorsión armónica
·Buena calidad de la forma de onda del motor
·Alta fiabilidad

B.) NPC (Neutral Point Clamped) de tres niveles
·Utiliza tecnología de inversor multinivel.
·Adecuado para aplicaciones de alta potencia.

C.) Convertidor de condensadores volantes
·Utiliza múltiples niveles de tensión de condensadores.
·Ofrece una buena calidad de la forma de onda, pero un control más complejo.

4. Ventajas de los variadores de CA de media tensión

Ahorro energético
Especialmente eficaz para:
·Bombas
·Ventiladores
·Compresores
·El control de velocidad variable evita las pérdidas de energía debidas a válvulas de estrangulamiento o compuertas.

Arranque suave
·Reduce la corriente de arranque del motor.
·Minimiza el esfuerzo mecánico.
·Reduce el impacto en la red eléctrica.

Control de procesos
Proporciona un control preciso de:
·Caudal
·Presión
·Velocidad
·Ritmo de producción

Mantenimiento reducido
·Menor desgaste mecánico.
·Menor estrés térmico en los motores.

5. Aplicaciones típicas
·Generación de energía: Bombas de alimentación de calderas, ventiladores de entrada (ID), ventiladores de salida (FD)
·Petróleo y gas: Compresores, bombas, sistemas ESP
·Minería: Trituradoras, cintas transportadoras, molinos
·Cemento: accionamientos de hornos, ventiladores, molinos de molienda
·Tratamiento de aguas: bombas de gran tamaño, sopladores
·Náutica: sistemas de propulsión
·Metalurgia: laminadoras, líneas de proceso

6. Funciones de protección

Los variadores de CA de media tensión típicos incluyen:
·Protección contra sobrecorriente
·Protección contra sobretensión
·Protección contra subtensión
·Protección contra fallos a tierra
·Protección contra sobrecarga del motor
·Protección térmica de semiconductores
·Protección contra pérdida de fase en entrada/salida
·Derivación de celdas (para diseños CHB)

7. Principales fabricantes

Algunos ejemplos son:
ABB — ACS580MV y otras plataformas de variadores de media tensión
Siemens — Sistemas de variadores de media tensión SINAMICS
GE Vernova — Variadores de media tensión MV6
Schneider Electric — Soluciones de control de motores de media tensión

En un sistema eléctrico, un variador de CA de media tensión es, en esencia, un regulador de velocidad electrónico de alta potencia que permite que los grandes motores de media tensión funcionen de forma eficiente, fluida y con un control preciso del proceso.