cicloconvertidor

Un cicloconvertidor es un dispositivo de electrónica de potencia que convierte corriente alterna de una frecuencia directamente a corriente alterna de una frecuencia diferente, generalmente más baja. A diferencia de un proceso típico de conversión de frecuencia, que primero rectificaría CA a CC y luego invertiría de nuevo a CA, el cicloconvertidor logra esta transformación alternando entre los semiciclos positivos y negativos de la forma de onda entrante para sintetizar una forma de onda de salida a la frecuencia más baja deseada. Esta conversión directa de CA a CA lo hace especialmente útil en aplicaciones industriales de alta potencia donde la eficiencia y la fiabilidad son críticas.

El mecanismo central se basa en dos o más conjuntos de puentes de tiristores, cada uno capaz de aprovechar las porciones positivas o negativas del voltaje de entrada. Al sincronizar estos interruptores con precisión, el dispositivo ensambla una aproximación escalonada de una salida sinusoidal a la frecuencia objetivo. La mayoría de los cicloconvertidores prácticos emiten a frecuencias entre un tercio y la mitad de la frecuencia de entrada, aunque los diseños pueden variar. Una entrada de 50 Hz podría convertirse a 16 Hz o 25 Hz para el accionamiento directo del motor sin etapas de conversión intermedias.

Donde los cicloconvertidores se ganan su lugar

Los cicloconvertidores se encuentran principalmente en maquinaria industrial pesada: grandes motores de CA de velocidad variable para molinos de cemento, trituradoras de minería, propulsores de barcos y trenes de laminación. La ausencia de un enlace de CC significa menores requisitos de filtrado, menor volumen capacitivo y menor interferencia electromagnética en comparación con los convertidores con enlace de CC. Para la propulsión de barcos, especialmente, un cicloconvertidor puede accionar un motor de inducción de 10 MW directamente desde el sistema de energía del barco sin la penalización de tamaño y peso de un sistema CA-CC-CA equivalente. También toleran mejor las fallas de cortocircuito que los diseños con enlace de CC porque no hay energía almacenada en los condensadores para descargar catastróficamente.

El principal inconveniente es que los cicloconvertidores generan una distorsión armónica significativa tanto en el lado de entrada como en el de salida. La conmutación de tiristores crea armónicos característicos de bajo orden: los armónicos 5º, 7º, 11º y 13º son dominantes. Para instalaciones conectadas a la red, esto requiere un filtrado LC sustancial para cumplir con los estándares de cumplimiento armónico. La complejidad del control también es mayor que la de los variadores más simples; los lazos de enganche de fase y la lógica de conmutación sincronizada aumentan el costo y reducen el tiempo medio entre fallas en algunos ciclos de trabajo.

El nombre refleja el comportamiento central del dispositivo: cicla a través de la onda entrante para convertir su frecuencia. Los cicloconvertidores siguen siendo ampliamente utilizados porque resuelven un problema específico de alta potencia de manera eficiente. Sin embargo, los avances en la tecnología IGBT y MOSFET han hecho que los convertidores PWM con enlace de CC sean más rápidos, más pequeños y cada vez más competitivos incluso en grandes accionamientos de motor. Las nuevas instalaciones a menudo favorecen los convertidores multinivel modulares o las topologías convencionales CA-CC-CA, pero las plantas de cicloconvertidores existentes continúan operando y se mantienen como equipo industrial estándar.