É importante conhecer o funcionamento de VFDs ou drives de frequência variável (VFDs), pois eles são amplamente utilizados em aplicações acionadas por motor AC, como conversor de frequência variável para controle do motor , devido à sua grande variedade de características.
Acionadores de frequência variável
Comparado aos drives de motor convencionais, o VFD tem maior funcionalidade e capacidade de operação. Além do controle de velocidade ajustável, os conversores de frequência oferecem proteções como proteção de fase, subtensão e sobretensão. As opções de software e interface dos VFDs permitem que o usuário controle os motores nos níveis desejados.
O que é unidade de frequência variável (VFD)
A velocidade do motor CA é controlada de duas maneiras - controlando a tensão ou a frequência. O controle de frequência oferece melhor controle devido à densidade de fluxo constante do que o controle de tensão. É aqui que o funcionamento dos VFDs entra em ação. É um dispositivo de conversão de energia que converte a tensão fixa, a frequência fixa da energia de entrada em tensão variável, a saída de frequência variável para controlar motores de indução CA.
Ele consiste em dispositivos eletrônicos de potência (como IGBT, MOSFET), unidade de controle central de alta velocidade (como um microprocessador, DSP) e dispositivos de detecção opcionais, dependendo do aplicativo usado.
A maioria das aplicações industriais requer velocidades variáveis em condições de pico de carga e velocidades constantes em condições normais de operação. O funcionamento em malha fechada dos VFDs mantém a velocidade do motor em um nível constante, mesmo no caso de distúrbios de entrada e carga.
Trabalho de VFDs
Os dois principais recursos do conversor de frequência são as velocidades ajustáveis e os recursos de partida / parada suaves. Esses dois recursos tornam o VFD um controlador poderoso para controlar os motores CA. O VFD consiste principalmente de quatro seções: retificador, link CC intermediário, inversor e circuito de controle.
Trabalho de VFDs
Retificador:
É o primeiro estágio de um conversor de frequência. Ele converte a energia CA alimentada da rede elétrica em energia CC. Esta seção pode ser unidirecional ou bidirecional com base na aplicação usada como a operação de quatro quadrantes do motor. Ele utiliza diodos, SCRs, transistores e outros dispositivos de comutação eletrônicos.
Se usar diodos, a energia CC convertida é uma saída não controlada durante o uso de SCR, a energia de saída CC é variada pelo controle do portão. Um mínimo de seis diodos são necessários para a conversão trifásica, portanto a unidade retificadora é considerada um conversor de seis pulsos.
Barramento DC:
A energia DC da seção do retificador é fornecida ao link DC. Esta seção consiste em capacitores e indutores para suavizar contra ondulações e armazenar a energia CC. A principal função do link DC é receber, armazenar e fornecer energia DC.
Inversor:
Esta seção é composta por chaves eletrônicas como transistores, tiristores, IGBT, etc. Ele recebe energia CC do link CC e se converte em CA, que é entregue ao motor. Usa técnicas de modulação gostar modulação de largura de pulso para variar a frequência de saída para controlar a velocidade do motor de indução.
Circuito de controle:
Ele consiste em uma unidade de microprocessador e executa várias funções, como controle, configuração das configurações do inversor, condições de falha e interface de protocolos de comunicação . Ele recebe um sinal de feedback do motor como referência de velocidade da corrente e, consequentemente, regula a relação entre tensão e frequência para controlar a velocidade do motor.
Aplicativo de implementação VFD
Aplicativo de implementação VFD
O VFD também pode ser implementado pelo circuito do microcontrolador que é fornecido abaixo. Semelhante ao VFD, ele também consiste na seção retificadora, na filtragem e na seção do inversor. Aqui, a seção do inversor obtém os pulsos de disparo do microcontrolador programado para fornecer tensão e frequência variáveis para a carga. Este projeto é chamado de fase única para conversor trifásico usando SVPWM para controlar a tensão AC e a frequência na carga
Aplicação de VFD
A aplicação de VFD é controle de velocidade do motor CA por conversores de ciclo .
A energia da rede elétrica é fornecida ao circuito retificador, que converte CA fixa em CC fixa. Os conversores de três pernas consistem em dois diodos conectados em paralelo para cada fase, de modo que um dos diodos conduz quando a fase particular é comparativamente mais positiva ou negativa.
Aplicação de VFD
A tensão CC pulsada gerada pelo retificador é aplicada ao circuito do link CC. Este circuito intermediário é composto por indutores e capacitores. Ele filtra a CC pulsada reduzindo o conteúdo de ondulação e fornece energia CC em um nível constante.
Para fornecer tensão e frequência variáveis ao motor, a energia CC do link CC deve ser convertida em CA variável pelo inversor. O inversor consiste em IGBTs como dispositivos de chaveamento controlados pela técnica PWM.
Semelhante ao circuito retificador, as chaves do inversor também pertencem a dois grupos, como positivo e negativo. O IGBT do lado positivo é responsável pelo pulso positivo e o IGBT do lado negativo por um pulso negativo na saída do inversor. Portanto, a saída obtida é uma corrente alternada que é aplicada ao motor.
A variação do período de chaveamento regula a tensão e a frequência simultaneamente no inversor. O VFD moderno usa as técnicas de controle mais recentes, como controles escalar, vetorial e de torque direto, para controlar os interruptores do inversor na obtenção da potência variável.
Formas de onda de saída de VFD
A figura acima mostra como a tensão e a frequência são variadas por um conversor de frequência. Como exemplo, a alimentação CA 480V, 60Hz é aplicada ao VFD, que varia a tensão e a frequência do sinal para ter controle da velocidade.
À medida que a frequência diminui, a velocidade do motor também diminui. Na figura acima, a potência média aplicada ao motor está diminuindo enquanto diminui a tensão e a frequência, desde que a relação entre esses dois parâmetros seja constante.
Benefícios do VFD
VFD conectado ao motor
Os conversores de frequência não oferecem apenas velocidades ajustáveis para aplicações de controle precisas e precisas, mas também têm mais benefícios em termos de controle de processo e conservação de energia . Alguns deles são fornecidos abaixo.
Economia de energia
Mais de 65% da energia é consumida por motores elétricos nas indústrias. A técnica de controle de magnitude e frequência para variar a velocidade consome menos energia quando a velocidade variável é exigida pelo motor. Portanto, uma grande quantidade de energia é conservada por esses VFDs.
Controle de malha fechada
O VFD permite o posicionamento preciso da velocidade do motor, comparando continuamente com a velocidade de referência, mesmo em mudanças nas condições de carga e distúrbios de entrada como flutuações de tensão.
• Limita a corrente de partida
O motor de indução consome uma corrente de 6 a 8 vezes a corrente nominal na partida. Em comparação com os starters convencionais, o VFD oferece melhores resultados porque fornece baixa frequência no momento da partida. Devido à baixa frequência, o motor consome menos corrente e esta corrente nunca excede sua classificação nominal na partida e também na operação.
• Operação suave
Ele oferece operações suaves na partida e na parada e também reduz o estresse térmico e mecânico nos motores e acionamentos por correia.
Fator de alta potência
O circuito embutido de correção do fator de potência no link CC do VFD reduz a necessidade de dispositivos adicionais de correção do fator de potência.
O fator de potência para o motor de indução é muito baixo para aplicações particularmente sem carga, enquanto em carga total, é de 0,88 a 0,9. Baixo fator de potência resulta em má utilização de energia devido a altas perdas reativas.
Instalação fácil
VFDs pré-programados e com fiação de fábrica oferecem uma maneira fácil de conexão e manutenção.
Espero que você tenha recebido conhecimento preciso e amplo sobre o funcionamento dos VFDs em nosso artigo. Obrigado por gastar seu valioso tempo. Temos uma tarefa simples para você - Quais são os diferentes tipos de VFDs? Por favor, dê suas respostas na seção de comentários abaixo. Se você tiver alguma dúvida sobre este tópico ou a elétrica e projetos eletrônicos Você também pode compartilhar seus comentários e sugestões sobre este artigo na seção de comentários abaixo.
créditos fotográficos
Variable Frequency Drives por emainc
Partes básicas do VFD por projeto de máquina
Trabalho de VFD por cfnewsads
Formas de onda de saída de VFD por vfds
VFD conectado ao motor por cfnewsads
