Conversor de frequência: dispositivo, princípio de operação, propósito

Como o acionamento elétrico é um dos principais métodos de mecanização da produção e das tarefas domésticas, em alguns casos torna-se necessário ajustar a velocidade dos motores elétricos. Várias soluções técnicas são utilizadas dependendo do seu tipo e princípio de operação. Um deles é um conversor de frequência. O que é e onde o conversor de frequência é usado, nós o informaremos neste artigo.

Definição

Por definição, um conversor de frequência é um conversor de energia eletrônico para alterar a frequência de uma corrente alternada. Mas dependendo da versão, tanto o nível de tensão quanto o número de fases mudam. Pode não estar totalmente claro para você por que esse dispositivo é necessário, mas tentaremos informá-lo sobre isso em palavras simples.

A frequência de rotação do eixo de motores síncronos e assíncronos (AM) depende da frequência de rotação do fluxo magnético do estator e é determinada pela fórmula:

n = (60 * F / p) * (1-S),

onde n é o número de revoluções do eixo IM, p é o número de pares de pólos, s é o escorregamento, f é a frequência da corrente alternada (para RF - 50 Hz).

Em termos simples, a velocidade do rotor depende da frequência e do número de pares de pólos. O número de pares de pólos é determinado pelo projeto das bobinas do estator e a frequência da corrente na rede é constante. Portanto, para regular a velocidade, só podemos regular a frequência com a ajuda de conversores.

Dispositivo

Levando em consideração o exposto, formularemos novamente a resposta à pergunta sobre o que é:

Um conversor de frequência é um dispositivo eletrônico para alterar a frequência de uma corrente alternada, portanto, o número de revoluções do rotor de uma máquina elétrica de indução (e síncrona).

Você pode ver a designação gráfica convencional de acordo com GOST 2.737-68 abaixo:

É chamado de eletrônico porque é baseado em um circuito de comutação semicondutor. Dependendo das características funcionais e do tipo de controle, tanto o diagrama do circuito elétrico quanto o algoritmo de operação serão modificados.

No diagrama abaixo você pode ver como funciona o conversor de frequência:

O princípio de operação do conversor de frequência é o seguinte:

• A tensão da rede é aplicada ao retificador 1 e torna-se pulsante retificada.
• No bloco 2, as pulsações são suavizadas e o componente reativo é parcialmente compensado.
• O bloco 3 é um grupo de interruptores controlados pelo sistema de controle (4) usando o método de modulação por largura de pulso (PWM). Este projeto permite obter na saída uma tensão regulada por PWM de dois níveis que, após suavização, se aproxima de uma forma senoidal. Em modelos caros, um esquema de três níveis encontrou aplicação, onde mais chaves são usadas. Ele permite que você obtenha uma forma de onda mais sinusoidal. Tiristores, transistores de efeito de campo ou IGBT podem ser usados ​​como chaves semicondutoras. Recentemente, os dois últimos tipos são os mais procurados e populares devido à sua eficiência, baixas perdas e facilidade de gerenciamento.
• Com o auxílio do PWM, forma-se o nível de tensão desejado, em palavras simples - é assim que uma senoide é modulada, girando alternadamente pares de chaves, formando tensão da linha.

Assim, descrevemos resumidamente como funciona um conversor de frequência para um motor elétrico e em que consiste. É usado como fonte de alimentação secundária e não apenas controla a forma da corrente da rede de alimentação, mas converte sua magnitude e frequência de acordo com os parâmetros especificados.

Tipos de chastotniki e escopo

Métodos de controle

O controle de velocidade pode ser realizado de diferentes maneiras, tanto por meio de ajuste da frequência necessária quanto por meio de regulagem. Os sintonizadores de frequência são divididos em dois tipos de acordo com o método de controle:

1. Controle escalar.
2. Com controle vetorial.

Os dispositivos do primeiro tipo regulam a frequência de acordo com uma determinada função U / F, ou seja, junto com a frequência, a tensão também muda. Um exemplo dessa dependência da voltagem com a frequência pode ser visto abaixo.

Pode ser diferente e programado para uma carga específica, por exemplo, em ventiladores não é linear, mas lembra um ramo de parábola. Este princípio de operação mantém o fluxo magnético na folga entre o rotor e o estator quase constante.

Uma característica do controle escalar é sua prevalência e relativa facilidade de implementação. Mais frequentemente usado para bombas, ventiladores e compressores. Esses frequencímetros são frequentemente usados ​​se for necessário manter uma pressão estável (ou outro parâmetro), podem ser bombas submersíveis para poços, se considerarmos o uso doméstico.

Na produção, o escopo de aplicação é amplo, por exemplo, a regulagem de pressão nas mesmas tubulações e o desempenho de sistemas de ventilação automáticos. A faixa de controle é geralmente 1:10, em termos simples, a velocidade máxima pode diferir da mínima em 10 vezes. Devido às peculiaridades da implementação de algoritmos e circuitos, tais dispositivos costumam ser mais baratos, o que é a principal vantagem.

Desvantagens:

• Suporte RPM não muito preciso.
• Resposta mais lenta à mudança de regime.
• Na maioria das vezes, não há como controlar o torque no eixo.
• Com o aumento da velocidade acima da nominal, o torque no eixo do motor cai (ou seja, quando elevamos a frequência acima dos 50 Hz nominais).

Este último se deve ao fato da tensão de saída depender da frequência, na frequência nominal, da tensão é igual à rede, e acima do conversor de frequência "não sabe como", no gráfico você pode ver uma parte par do diagrama após 50 Hz. Deve-se notar que a dependência do torque com a frequência, ela cai de acordo com a lei 1 / f, é mostrada no gráfico abaixo em vermelho, e a dependência da potência com a frequência em azul.

Os conversores de frequência controlados por vetor têm um princípio de operação diferente, aqui não apenas a tensão corresponde à curva U / f. As características da tensão de saída são alteradas de acordo com os sinais dos sensores, de forma que um determinado torque seja mantido no eixo. Mas por que precisamos desse tipo de controle? Ajustes mais precisos e rápidos são as marcas de um conversor de freqüência controlado por vetor. Isso é importante em tais mecanismos, onde o princípio de ação está associado a uma mudança brusca na carga e no torque do corpo executivo.

Essa carga é típica para tornos e outros tipos de máquinas-ferramenta, incluindo CNC. Precisão de regulação de até 1,5%, faixa de ajuste - 1: 100, para maior precisão com sensores de velocidade, etc. - 0,2% e 1: 10.000, respectivamente.

Há uma opinião nos fóruns que hoje a diferença de preço entre as unidades de freqüência vetorial e escalar é menor que era anterior (15-35% dependendo do fabricante), e a principal diferença é mais firmware do que circuitos. Observe também que a maioria dos modelos de vetor também oferece suporte ao controle escalar.

Vantagens:

• grande estabilidade e precisão;
• resposta mais rápida às mudanças de carga e alto torque em baixa velocidade;
• faixa de regulamentação mais ampla.

A principal desvantagem é que são mais caros do que os escalares.

Em ambos os casos, a frequência pode ser definida manualmente ou por sensores, por exemplo, um sensor de pressão ou um fluxômetro (no caso de bombas), um potenciômetro ou um codificador.

Todos ou quase todos os conversores de frequência têm uma função de partida suave para o motor, o que facilita a partida de motores de geradores de emergência com pouco ou nenhum risco de sobrecarga.

Número de fases

Além dos métodos de resposta, os conversores de frequência também diferem no número de fases na entrada e na saída. É assim que os conversores de frequência com entrada monofásica e trifásica são diferenciados.

Ao mesmo tempo, a maioria dos modelos trifásicos pode ser alimentada por uma fase, mas com esta aplicação, sua potência é reduzida para 30-50%. Isso se deve à carga de corrente permissível nos diodos e outros elementos de potência do circuito. Os modelos monofásicos estão disponíveis em uma faixa de potência de até 3 kW.

Importante! Observe que com uma conexão monofásica com uma tensão de entrada de 220V, haverá uma saída de 3 fases em 220V, e não em 380V. Ou seja, a saída linear será exatamente 220V, resumindo. Nesse sentido, os motores comuns com enrolamentos projetados para tensões de 380 / 220V devem ser conectados em triângulo, e os que estão em 127 / 220V - em estrela.

Na rede você pode encontrar muitas ofertas do tipo "conversor de frequência 220 a 380" - isso é na maioria dos casos de marketing, os vendedores chamam quaisquer três fases de "380V".

Para obter 380 V reais de uma fase, você precisa usar um transformador monofásico 220/380 (se a entrada do conversor de frequência projetado para tal tensão), ou use um conversor de frequência especializado com uma entrada monofásica e 380 V trifásico saída.

Um tipo separado e mais raro de conversores de frequência são conversores de frequência monofásicos com uma saída 220 monofásica. Eles são projetados para controlar motores de partida por capacitor monofásico. Exemplos de tais dispositivos são:

• ERMAN ER-G-220-01
• INNOVERT IDD

Diagrama de ligação

Na realidade, para obter uma saída trifásica de um conversor de frequência de 380 V, você precisa conectar 3 fases de 380 V à entrada:

A conexão do conversor de frequência a uma fase é a mesma, exceto para a conexão dos fios de alimentação:

Um conversor de frequência monofásico para um motor com um capacitor (bomba ou ventilador de baixa potência) é conectado da seguinte forma:

Como você pode ver nos diagramas, além dos fios de alimentação e dos fios do motor, o conversor de frequência possui outros terminais, para eles sensores, botões do painel de controle remoto, barramentos para conexão a um computador (mais frequentemente do padrão RS-485) e de outros. Isso possibilita o controle do motor por meio de finos fios de sinal, o que permite que o conversor de frequência seja removido do quadro elétrico.

Os conversores de frequência são dispositivos universais, cuja finalidade não é apenas ajustar a velocidade, mas também proteger o motor elétrico de modos de operação e alimentação incorretos, bem como de sobrecarga. Além da função principal, os dispositivos implementam um start-up suave dos drives, o que reduz o desgaste dos equipamentos e a carga na rede elétrica. O princípio de operação e a profundidade de configuração dos parâmetros da maioria dos conversores de frequência permitem que você economize energia quando controle de bombas (anteriormente, o controle era realizado não às custas do desempenho da bomba, mas com a ajuda de válvulas) e outros equipamento.

É aqui que concluímos nossa consideração sobre o assunto. Esperamos que, após a leitura do artigo, tenha ficado claro para você o que é e para que serve um conversor de frequência. Por fim, recomendamos assistir a um vídeo útil sobre o assunto:

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