O controle VFD permite usar um conversor especial para alterar de forma flexível os modos de operação do motor elétrico: iniciar, parar, acelerar, frear, alterar a velocidade de rotação.
Mudando a frequência da tensão de alimentação leva a uma mudança na velocidade angular do campo magnético do estator. Quando a frequência diminui, a velocidade do motor diminui e o escorregamento aumenta.
O princípio de operação do conversor de frequência do inversor
A principal desvantagem dos motores assíncronos é a complexidade do controle de velocidade nas formas tradicionais: alterando a tensão de alimentação e introduzindo resistências adicionais no circuito do enrolamento. Mais perfeito é o acionamento de frequência do motor elétrico. Até recentemente, os conversores eram caros, mas o advento dos transistores IGBT e sistemas de controle por microprocessador permitiu que fabricantes estrangeiros criassem dispositivos acessíveis. A maioriaperfeitos agora são conversores de frequência estáticos.
Velocidade angular do campo magnético do estator ω0 muda na proporção da frequência ƒ1 de acordo com a fórmula:
ω0=2π׃1/p, onde p é o número de pares de pólos.
O método fornece controle de velocidade suave. Neste caso, a velocidade de deslizamento do motor não aumenta.
Para obter alto desempenho energético do motor - eficiência, fator de potência e capacidade de sobrecarga, juntamente com a frequência, altere a tensão de alimentação de acordo com certas dependências:
- torque de carga constante – U1/ ƒ1=const;
- fan caractere do momento de carregamento - U1/ ƒ12=const;
- Torque de carga inversamente proporcional à velocidade - U1/√ ƒ1=const.
Estas funções são implementadas através de um conversor que altera simultaneamente a frequência e a tensão no estator do motor. A eletricidade é economizada devido à regulação usando o parâmetro tecnológico necessário: pressão da bomba, desempenho do ventilador, velocidade de alimentação da máquina, etc. Neste caso, os parâmetros mudam suavemente.
Métodos de controle de frequência de motores elétricos assíncronos e síncronos
Em um acionamento controlado por frequência baseado em motores assíncronos com rotor em gaiola de esquilo, dois métodos de controle são usados - escalar e vetorial. No primeiro caso, eles mudam simultaneamenteamplitude e frequência da tensão de alimentação.
Isso é necessário para manter o desempenho do motor, na maioria das vezes uma relação constante entre seu torque máximo e o momento de resistência no eixo. Como resultado, a eficiência e o fator de potência permanecem in alterados em toda a faixa de rotação.
A regulação vetorial consiste na alteração simultânea da amplitude e fase da corrente no estator.
O conversor de frequência do motor tipo síncrono funciona somente com cargas pequenas, cujo crescimento acima dos valores permitidos, pode haver quebra de sincronismo.
Vantagens do conversor de frequência
O controle de frequência tem uma série de vantagens sobre outros métodos.
- Automação do motor e processos de produção.
- Partida suave que elimina erros típicos que ocorrem durante a aceleração do motor. Melhorando a confiabilidade do conversor de frequência e equipamentos reduzindo sobrecargas.
- Melhore a economia e o desempenho geral da unidade.
- Criação de uma velocidade constante do motor elétrico independentemente da natureza da carga, o que é importante durante os transitórios. O uso de feedback permite manter uma velocidade constante do motor sob várias influências perturbadoras, em particular sob cargas variáveis.
- Os conversores são facilmente integrados aos sistemas técnicos existentes sem alteração significativa e parada dos processos tecnológicos. A faixa de potência é grande, mas com seu aumentoos preços estão subindo substancialmente.
- A capacidade de abandonar variadores, caixas de velocidades, aceleradores e outros equipamentos de controle ou expandir o alcance de sua aplicação. Isso resulta em economia de energia significativa.
- Eliminação dos efeitos nocivos de transientes em equipamentos de processo, como golpe de aríete ou aumento da pressão do fluido nas tubulações, reduzindo seu consumo à noite.
Falhas
Como todos os inversores, chastotniki são fontes de interferência. Eles precisam instalar filtros.
O custo das marcas é alto. Aumenta significativamente com o aumento da potência dos dispositivos.
Ajuste de frequência para transporte de líquidos
Em instalações onde a água e outros líquidos são bombeados, o controle de fluxo é feito principalmente com a ajuda de válvulas de gaveta e válvulas. Atualmente, uma direção promissora é o uso de um inversor de frequência de uma bomba ou ventilador que acione suas pás.
O uso de um conversor de frequência como alternativa à válvula borboleta proporciona um efeito de economia de energia de até 75%. A válvula, retendo o fluxo de fluido, não realiza trabalho útil. Ao mesmo tempo, aumenta a perda de energia e matéria para seu transporte.
O conversor de frequência permite manter uma pressão constante no consumidor quando o fluxo do fluido muda. Do sensor de pressão, um sinal é enviado ao acionamento, que altera a rotação do motor e, assim, a regularevoluções, mantendo a vazão definida.
As unidades de bombeamento são controladas alterando seu desempenho. O consumo de energia da bomba está na dependência cúbica do desempenho ou velocidade de rotação da roda. Se a velocidade for reduzida em 2 vezes, o desempenho da bomba cairá em 8 vezes. A presença de uma programação diária de consumo de água permite determinar a economia de energia para este período, se você controlar o conversor de frequência. Com isso, é possível automatizar a estação de bombeamento e assim otimizar a pressão da água nas redes.
Operação de sistemas de ventilação e ar condicionado
O fluxo máximo de ar em sistemas de ventilação nem sempre é necessário. As condições de operação podem exigir uma redução no desempenho. Tradicionalmente, o estrangulamento é usado para isso, quando a velocidade da roda permanece constante. É mais conveniente alterar a taxa de fluxo de ar devido ao acionamento controlado por frequência, quando as condições sazonais e climáticas mudam, a liberação de calor, umidade, vapores e gases nocivos.
As economias de energia em sistemas de ventilação e ar condicionado não são menores do que em estações de bombeamento, pois o consumo de energia de rotação do eixo está na dependência cúbica das revoluções.
Dispositivo conversor de frequência
O conversor de frequência moderno é organizado de acordo com o esquema do conversor duplo. É composto por um retificador e um inversor de pulso com sistema de controle.
Depoisretificando a tensão da rede, o sinal é suavizado por um filtro e alimentado a um inversor com seis chaves de transistor, onde cada uma delas é conectada aos enrolamentos do estator de um motor elétrico assíncrono. A unidade converte o sinal retificado em um sinal trifásico da frequência e amplitude necessárias. Os IGBTs de potência nos estágios de saída têm uma alta frequência de comutação e fornecem uma onda quadrada nítida e sem distorção. Devido às propriedades de filtragem dos enrolamentos do motor, a forma da curva de corrente em sua saída permanece senoidal.
Métodos de controle de amplitude do sinal
A tensão de saída é regulada por dois métodos:
- Amplitude - mudança no valor da tensão.
- Modulação por largura de pulso é um método de conversão de um sinal pulsado, no qual sua duração muda, mas a frequência permanece in alterada. Aqui a potência depende da largura do pulso.
O segundo método é usado com mais frequência em conexão com o desenvolvimento da tecnologia de microprocessadores. Os inversores modernos são feitos usando transistores de desligamento GTO ou IGBT.
Capacidade e aplicação de conversores
O conversor de frequência tem muitas possibilidades.
- Regular a frequência da tensão de alimentação trifásica de zero a 400 Hz.
- Aceleração ou desaceleração do motor elétrico a partir de 0,01 seg. até 50 min. de acordo com uma determinada lei do tempo (geralmente linear). Durante a aceleração, é possível não apenas uma diminuição, mas também um aumento de até 150% dos torques dinâmicos e de partida.
- Inverter o motor com os modos de frenagem e aceleração fornecidos para o desejadovelocidade na outra direção.
- Os inversores possuem proteção eletrônica configurável contra curtos-circuitos, sobrecargas, fuga à terra e linhas de alimentação do motor abertas.
- Os displays digitais dos conversores exibem dados sobre seus parâmetros: frequência, tensão de alimentação, velocidade, corrente, etc.
- As características V/f são ajustadas nos conversores dependendo de quais cargas do motor são necessárias. As funções dos sistemas de controle baseados neles são fornecidas por controladores integrados.
- Para baixas frequências, é importante usar o controle vetorial, que permite trabalhar com o torque total do motor, manter uma velocidade constante quando as cargas mudam e controlar o torque no eixo. O variador de frequência funciona bem com a entrada correta dos dados do passaporte do motor e após testes bem-sucedidos. Produtos conhecidos da HYUNDAI, Sanyu, etc.
As áreas de aplicação dos conversores são as seguintes:
- bombas em sistemas de abastecimento de água quente e fria e aquecimento;
- bombas de lama, areia e lama dos concentradores;
- sistemas de transporte: transportadores, mesas rolantes e outros meios;
- misturadores, moinhos, trituradores, extrusoras, dispensadores, alimentadores;
- centrífugas;
- elevadores;
- equipamento metalúrgico;
- equipamento de perfuração;
- acionamentos elétricos de máquinas-ferramenta;
- escavadeira e guindaste, mecanismos manipuladores.
Fabricantes de conversores de frequência, comentários
O fabricante nacional já começou a produzir produtos adequados aos usuários em termos de qualidade e preço. A vantagem é a capacidade de obter rapidamente o dispositivo certo, bem como conselhos detalhados sobre a configuração.
Empresa "Sistemas eficazes" produz produtos seriados e lotes piloto de equipamentos. Os produtos são utilizados para uso doméstico, em pequenos negócios e na indústria. O fabricante Vesper produz sete séries de conversores, entre os quais há conversores multifuncionais adequados para a maioria dos mecanismos industriais.
A empresa dinamarquesa Danfoss é líder na produção de chastotnikov. Seus produtos são utilizados em sistemas de ventilação, ar condicionado, abastecimento de água e aquecimento. A empresa finlandesa Vacon, que faz parte da empresa dinamarquesa, produz projetos modulares a partir dos quais você pode montar os dispositivos necessários sem peças desnecessárias, o que economiza componentes. Também são conhecidos os conversores de interesse internacional ABB, usados na indústria e na vida cotidiana.
A julgar pelos comentários, conversores domésticos baratos podem ser usados para resolver problemas típicos simples, enquanto os complexos precisam de uma marca com muito mais configurações.
Conclusão
O conversor de frequência controla o motor elétrico alterando a frequência e a amplitude da tensão de alimentação, protegendo-o de avarias: sobrecargas, curtos-circuitos, interrupções na rede de alimentação. Esses atuadores elétricos executam três funções principais,relacionadas à aceleração, desaceleração e velocidade do motor. Isso melhora a eficiência do equipamento em muitas áreas de tecnologia.
