Los IGBT (transistores bipolares de puerta aislada) se utilizan en módulos inversores de variadores de frecuencia (VFD) debido a su capacidad para manejar altos voltajes y corrientes de manera eficiente. En los VFD, los IGBT sirven como dispositivos de conmutación en la etapa del inversor, donde convierten el voltaje de CC del rectificador en voltaje de CA con frecuencia y amplitud variables. Esto permite controlar la velocidad del motor de manera suave y eficiente. Se prefieren los IGBT a otros dispositivos semiconductores como los MOSFET en los VFD porque pueden manejar corrientes y voltajes más altos y, al mismo tiempo, ofrecen buenas características de conmutación y rendimiento térmico, cruciales para un funcionamiento confiable en aplicaciones industriales y comerciales.
La razón principal para usar IGBT en VFD es su capacidad para conmutar altos voltajes y corrientes de manera efectiva mientras se mantiene un funcionamiento eficiente. En los VFD, la etapa inversora convierte el voltaje de CC del rectificador en voltaje de CA de frecuencia y amplitud variables, que controla la velocidad y el par de los motores de CA. Los IGBT destacan en esta función debido a su baja caída de tensión en estado encendido, sus rápidas velocidades de conmutación y su robustez frente a condiciones de sobrecorriente y sobretensión. Estas características hacen que los IGBT sean adecuados para aplicaciones de alta potencia donde el control preciso y la alta eficiencia son esenciales.
Los IGBT desempeñan un papel crucial en la etapa inversora de los VFD al actuar como los principales dispositivos de conmutación que controlan la generación de voltaje CA de frecuencia variable. El propósito de los IGBT en el inversor es convertir el voltaje de CC fijo de la etapa rectificadora en voltaje de CA de frecuencia variable que coincida con los requisitos de velocidad y torque deseados del motor. Al encenderse y apagarse a altas frecuencias, los IGBT regulan el voltaje y la frecuencia de la forma de onda de salida, lo que permite un control suave de la velocidad del motor y un ajuste preciso de los parámetros de salida, como el voltaje y la frecuencia.
Los IGBT pueden fallar en los VFD debido a varias razones, incluidas condiciones de sobrecorriente, acumulación excesiva de calor, picos de voltaje o defectos de fabricación. Los eventos de sobrecorriente, donde la corriente a través del IGBT excede su capacidad nominal, pueden provocar estrés térmico y eventual falla del dispositivo. De manera similar, los picos de voltaje o los transitorios pueden provocar la rotura del aislamiento del IGBT o daños a las uniones de los semiconductores. Las técnicas adecuadas de refrigeración y disipación de calor son esenciales para evitar la fuga térmica y garantizar un funcionamiento fiable de los IGBT en los VFD. Además, el control de calidad durante la fabricación y las consideraciones de diseño adecuadas pueden minimizar el riesgo de fallas de IGBT en aplicaciones VFD.
La etapa del inversor en un variador de frecuencia (VFD) tiene el propósito de convertir la energía de CC del rectificador en energía de CA con frecuencia y voltaje variables. Esta etapa es crucial para controlar la velocidad y el par de los motores de CA ajustando la frecuencia de la forma de onda de salida de CA. Mediante el uso de técnicas de modulación de ancho de pulso (PWM) controladas por IGBT u otros dispositivos semiconductores, la etapa del inversor genera voltajes de salida de CA suaves y ajustables que coinciden con los requisitos operativos del motor. Esta capacidad permite a los VFD lograr un control preciso de la velocidad, ahorros de energía y una mejor eficiencia del proceso en aplicaciones industriales y comerciales.