Un convertidor de CA a CA de estado sólido convierte 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:
Existen dos tipos de convertidores con enlace DC:
Cualquier operación de frenado dinámico requerida para el motor se puede realizar mediante un chopper de frenado de CC y una derivación de resistencia conectada a través del rectificador. Alternativamente, se debe proporcionar un puente de tiristores antiparalelo en la sección del rectificador para devolver energía a la línea de CA. Sin embargo, estos rectificadores basados en tiristores controlados por fase tienen una mayor distorsión de la línea de CA y un factor de potencia menor 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 realizar acoplando un rectificador de modulación por ancho de pulso (PWM) y un inversor PWM al enlace de CC. La cantidad del enlace de CC se imprime entonces mediante un elemento de almacenamiento de energía que es común a ambas etapas, que es 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 extrae una corriente de línea de CA sinusoidal, que está en fase o en contrafase (para retroalimentación de energía) con la tensión de fase de la línea de CA correspondiente.
Gracias al elemento de almacenamiento de energía del enlace de CC, existe la ventaja de que ambas etapas del convertidor están en gran medida desacopladas para fines de control. Además, existe una cantidad de entrada constante e independiente de la línea de CA para la etapa del inversor PWM, lo que da como resultado una alta utilización 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, cuando se utilizan condensadores electrolíticos, en el caso de un enlace de CC de tensión, existe potencialmente una vida útil reducida del sistema.
Un cicloconvertidor construye una forma de onda de salida de frecuencia variable, aproximadamente sinusoidal, conmutando segmentos de la forma de onda de entrada a la salida; no hay un enlace de CC intermedio. Con elementos de conmutación como los SCR , la frecuencia de salida debe ser menor que la de entrada. Se fabrican cicloconvertidores muy grandes (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 confiabilidad, tiene sentido considerar los convertidores matriciales que logran la conversión CA-CA trifásica sin ningún 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 de energía indirecta mediante el empleo del convertidor de matriz indirecta (Fig. 5) o el convertidor de matriz dispersa que fue inventado por el profesor Johann W. Kolar de la ETH Zurich. Al igual que con los controladores VSI y CSI basados en 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 de matriz, se elimina el elemento de almacenamiento en el enlace de CC a costa de un mayor número de semiconductores. Los convertidores de matriz a menudo se consideran un concepto futuro para la tecnología de variadores de velocidad, pero a pesar de la investigación intensiva durante décadas, hasta ahora solo han logrado una baja penetración industrial. Sin embargo, citando la reciente disponibilidad de semiconductores de bajo costo y alto rendimiento, un fabricante de variadores más grande ha estado promoviendo activamente los convertidores de matriz en los últimos años. [11] [12]