O que é um conversor de frequência, como funciona e para que serve
Definição
Por definição, um conversor de frequência é um conversor eletrônico de potência para alterar a frequência de uma corrente alternada. Mas, dependendo do desempenho, o nível de tensão e o número de fases mudam. Talvez não esteja totalmente claro para você por que esse dispositivo é necessário, mas tentaremos falar sobre isso em palavras simples.
A frequência de rotação do eixo dos motores síncronos e assíncronos (HELL) 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 rotações do eixo HELL, p é o número de pares de polos, s é deslizante, f é a frequência da corrente alternada.
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 design das bobinas do estator e a frequência da corrente na rede é constante. Portanto, para regular a velocidade, só podemos controlar a frequência com a ajuda de conversores.
Dispositivo
Em vista do exposto, reformulamos a resposta à pergunta sobre o que é:
Um conversor de frequência é um dispositivo eletrônico para alterar a frequência de uma corrente alternada e, portanto, a velocidade de rotação do rotor de uma máquina elétrica assíncrona (e síncrona).
Símbolo gráfico de acordo com GOST 2.737-68, você pode ver abaixo:
É chamado eletrônico porque é baseado em um circuito de chave semicondutora. Dependendo das características funcionais e do tipo de controle, o diagrama do circuito e o algoritmo de operação serão modificados.
No diagrama abaixo, você vê como o conversor de frequência é organizado:
O princípio de operação do conversor de frequência é o seguinte:
- A tensão da rede é fornecida 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 de potência controlados por um sistema de controle (4) usando modulação por largura de pulso (PWM). Esse design permite obter uma tensão regulada por PWM de dois níveis na saída, que, após suavização, se aproxima de uma forma sinusoidal. Em modelos caros, um esquema de três níveis foi usado, onde mais chaves são usadas. Ele permite que você se aproxime da forma de onda sinusoidal. Como switches semicondutores podem ser utilizados tiristores, efeito de campo ou transistores IGBT. Recentemente, os dois últimos tipos são mais procurados e populares devido à eficiência, pequenas perdas e facilidade de gerenciamento.
- Usando o PWM, o nível de tensão necessário é formado, em palavras simples - é assim que a onda senoidal é modulada, incluindo alternadamente pares de chaves, voltagem de linha.
Então, descrevemos brevemente como o conversor de frequência de um motor elétrico funciona e em que consiste. É usada como fonte de energia secundária e não apenas controla o formato da rede de suprimento atual, mas também converte seu valor e frequência de acordo com os parâmetros especificados.
Tipos de chastotniks e escopo
Métodos de gestão
O ajuste da velocidade pode ser realizado de diferentes maneiras, tanto pelo método de ajuste da frequência desejada quanto pelo método de regulação. O Chastotniki de acordo com o método de controle é dividido em dois tipos:
- Com controle escalar.
- Com controle vetorial.
Os dispositivos do primeiro tipo regulam a frequência de acordo com uma determinada função U / F, ou seja, a tensão muda junto com a frequência. Um exemplo dessa dependência de tensão na frequência pode ser observado abaixo.
Pode ser diferente e programado para uma carga específica, por exemplo, nos ventiladores, não é linear, mas se assemelha a um ramo de parábola. Esse princípio de operação mantém o fluxo magnético no espaço entre o rotor e o estator quase constante.
Uma característica do controle escalar é sua prevalência e relativa facilidade de implementação. É usado com mais frequência em bombas, ventiladores e compressores. Tais chastotniks são frequentemente usados se for necessário manter uma pressão estável (ou outro parâmetro); podem ser bombas submersas para poços, se considerarmos o uso doméstico.
Na produção, o escopo é amplo, por exemplo, controle de pressão nos mesmos dutos e desempenho de sistemas de ventilação automática. A faixa de controle é geralmente 1:10. Em termos simples, a velocidade máxima do mínimo pode diferir 10 vezes. Devido às peculiaridades da implementação de algoritmos e circuitos, esses dispositivos geralmente são mais baratos, o que é a principal vantagem.
Desvantagens:
- Suporte de rotação não muito preciso.
- Resposta mais lenta à mudança de regime.
- Na maioria das vezes, não há como controlar o momento no eixo.
- Com um aumento de velocidade acima do nominal, o momento no eixo do motor diminui (ou seja, quando aumentamos a frequência acima dos 50 Hz nominais).
Este último se deve ao fato de que a tensão na saída depende da frequência, na frequência nominal, a tensão é igual à tensão da rede elétrica, e o chastotnik não sabe como aumentá-la mais alto, no gráfico você pode ver uma parte uniforme do gráfico após 50 Hz. Deve-se notar que a dependência do momento em relação à frequência, cai de acordo com a lei 1 / f, é mostrada em vermelho no gráfico abaixo, e a dependência do poder em relação à frequência é azul.
Os conversores de frequência controlados por vetores têm um princípio operacional diferente, aqui não é apenas a tensão que corresponde à curva U / f. As características da tensão de saída variam de acordo com os sinais dos sensores, de modo que um determinado momento seja mantido no eixo. Mas por que precisamos desse método de controle? Um ajuste mais preciso e rápido são as características de um conversor de frequência controlado por vetores. Isso é importante em tais mecanismos nos quais o princípio de ação está associado a uma mudança acentuada na carga e no torque no corpo executivo.
Essa carga é típica para torneamento e outros tipos de máquinas, incluindo CNC. A precisão da regulação é de até 1,5%, a faixa de ajuste é de 1: 100, para maior precisão com sensores de velocidade, etc. - 0,2% e 1: 10000, respectivamente.
Há uma opinião nos fóruns de que hoje a diferença de preço entre os chastotniks vetoriais e escalares é menor do que era antes (15-35%, dependendo do fabricante), e a principal diferença é mais firmware do que circuito. Observe também que a maioria dos modelos de vetores também oferece suporte ao controle escalar.
Benefícios:
- maior estabilidade e precisão;
- resposta mais rápida às mudanças de carga e alto torque em baixa velocidade;
- maior variedade de regulamentação.
A principal desvantagem é que custa mais do que os escalares.
Nos dois casos, a frequência pode ser definida manualmente ou por sensores, por exemplo, um sensor de pressão ou um medidor de vazão (se estamos falando de bombas), um potenciômetro ou um codificador.
Todos ou quase todos os conversores de frequência têm uma função de partida suave, o que facilita a partida de motores de geradores de emergência, praticamente sem risco de sobrecarregá-lo.
Número de fases
Além dos métodos de resposta, os chastotniks diferem no número de fases na entrada e na saída. Portanto, diferencie os conversores de frequência com entrada monofásica e trifásica.
Ao mesmo tempo, a maioria dos modelos trifásicos pode ser alimentada por uma fase, mas com esse aplicativo, sua potência diminui para 30-50%. Isso ocorre devido à carga de corrente permitida nos diodos e outros elementos do circuito de potência. Os modelos monofásicos estão disponíveis na 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 de 220V, e não de 380V. Ou seja, a saída linear será exatamente de 220V, em resumo. Nesse sentido, motores comuns com enrolamentos projetados para tensão de 380 / 220V precisam ser conectados em um triângulo, e aqueles em 127 / 220V - em uma estrela.
Na rede, você pode encontrar muitas ofertas, como "conversor de frequência 220 a 380" - na maioria dos casos, é marketing, os vendedores chamam as três fases de "380V".
Para obter 380V reais de uma fase, você deve usar um transformador monofásico 220/380 (se a entrada do conversor de frequência for projetada para essa tensão) ou usar um conversor de frequência especializado com uma entrada monofásica e uma saída trifásica de 380V.
Um tipo separado e mais raro de conversores de frequência são inversores monofásicos com uma saída monofásica 220. Eles são projetados para regular motores monofásicos com a partida do capacitor. Um exemplo de tais dispositivos são:
- ERMAN ER-G-220-01
- INNOVERT IDD
Diagrama de fiação
Na realidade, para obter uma saída trifásica de um conversor de frequência de 380V, você precisa conectar uma entrada trifásica de 380V:
Conectar um chastotnik a uma fase é semelhante, exceto para conectar os 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 do motor, o conversor de frequência possui outros terminais, sensores, botões do painel de controle remoto, barramentos para conexão a um computador (geralmente padrão RS-485) e outros estão conectados a eles. Isso possibilita o controle do motor através de fios de sinal finos, o que permite remover o conversor de frequência em um painel elétrico.
Os rastreadores de frequência são dispositivos universais, cujo objetivo não é apenas o ajuste de velocidade, mas também a proteção do motor elétrico contra modos de operação e fonte de alimentação incorretos, bem como contra sobrecarga. Além da função principal, os dispositivos realizam uma partida suave dos inversores, o que reduz o desgaste do equipamento e as cargas de energia. O princípio de operação e a profundidade dos ajustes dos parâmetros da maioria dos conversores de frequência permitem economizar eletricidade ao controlar as bombas (o controle anterior foi realizado não devido ao desempenho da bomba, mas ao uso de válvulas) e outros equipamentos.
É aqui que terminamos a consideração do problema. Esperamos que, depois de ler o artigo, você entenda o que é um conversor de frequência e por que é necessário. Por fim, recomendamos assistir a um vídeo útil sobre o tema:
Certamente você não sabe:
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