Em várias situações, pode ser necessário converter a frequência da corrente inicial em uma corrente com tensão de frequência regulada. Isso é necessário, por exemplo, ao operar motores assíncronos para alterar sua velocidade de rotação. Este artigo discutirá a finalidade e o princípio de operação do conversor de frequência.
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O que é um conversor de frequência
Um conversor de frequência (FC) é um dispositivo elétrico que converte e regula suavemente a corrente alternada monofásica ou trifásica com uma frequência de 50 Hz em um tipo semelhante de corrente com uma frequência de 1 a 800 Hz. Tais dispositivos são amplamente utilizados para controlar a operação de várias máquinas elétricas assíncronas, por exemplo, para alterar a frequência de sua rotação. Existem também dispositivos para uso em redes industriais de alta tensão.
Conversores simples regulam a frequência e tensão de acordo com a característica V/f, dispositivos complexos usam controle vetorial.
O conversor de frequência é um dispositivo tecnicamente complexo e consiste não apenas em um conversor de frequência, mas também possui proteção contra sobrecorrente, sobretensão e curto-circuito. Além disso, esses equipamentos podem ter um estrangulador para melhorar a forma de onda e filtros para reduzir várias interferências eletromagnéticas. Existem conversores eletrônicos, bem como dispositivos de máquinas elétricas.
O princípio de operação do conversor de frequência
Um conversor eletrônico consiste em vários componentes principais: um retificador, um filtro, um microprocessador e um inversor.
Retificador tem um monte de diodos ou tiristores que retificam a corrente inicial na entrada do conversor. Os inversores de diodo são caracterizados por uma completa ausência de ondulações, são dispositivos baratos, mas ao mesmo tempo confiáveis. Conversores baseados em tiristores criam a possibilidade de fluxo de corrente em ambas as direções e permitem o retorno de energia elétrica para a rede quando o motor é freado.
Filtro usado em dispositivos tiristor para reduzir ou eliminar a ondulação de tensão. A suavização é realizada usando filtros capacitivos ou indutivos-capacitivos.
Microprocessador – é um link de controle e análise do conversor. Ele recebe e processa sinais de sensores, o que permite ajustar o sinal de saída do conversor de frequência com um controlador PID integrado.Além disso, este componente do sistema registra e armazena dados de eventos, registra e protege o dispositivo contra sobrecargas, curtos-circuitos, analisa o modo de operação e desliga o dispositivo em caso de operação de emergência.
inversor tensão e corrente são usadas para controlar máquinas elétricas, ou seja, para controlar suavemente a frequência da corrente. Tal dispositivo produz uma saída "pura senoidal", o que permite que seja usado em muitas indústrias.
O princípio de operação do conversor de frequência eletrônico (inversor) consiste nas seguintes etapas de trabalho:
- A corrente alternada senoidal monofásica ou trifásica de entrada é retificada por uma ponte de diodos ou tiristores;
- Com a ajuda de filtros especiais (capacitores), o sinal é filtrado para reduzir ou eliminar ondulações de tensão;
- A tensão é convertida em uma onda trifásica com certos parâmetros usando um microcircuito e uma ponte de transistor;
- Na saída do inversor, os pulsos retangulares são convertidos em uma tensão senoidal com parâmetros especificados.
Tipos de conversores de frequência
Existem vários tipos de conversores de frequência, que atualmente são os mais comuns para produção e uso:
Conversores de eletromáquina (eletroindução): são usados nos casos em que é impossível ou inadequado usar FCs eletrônicos. Estruturalmente, tais dispositivos são motores assíncronos com rotor de fase, que operam no modo gerador-conversor.
Esses dispositivos são conversores controlados escalar. Na saída deste dispositivo, uma tensão de determinada amplitude e frequência é criada para manter um certo fluxo magnético nos enrolamentos do estator.São utilizados nos casos em que não é necessário manter a velocidade do rotor em função da carga (bombas, ventiladores e outros equipamentos).
Conversores eletrônicos: amplamente utilizado em todas as condições de trabalho para vários equipamentos. Tais dispositivos são vetoriais, calculam automaticamente a interação dos campos magnéticos do estator e do rotor e fornecem um valor constante da velocidade do rotor independente da carga.
- Cicloconversores;
- Cicloinversores;
- Inversor com link CC intermediário:
- Conversor de frequência da fonte de corrente;
- Conversor de frequência da fonte de tensão (com modulação em amplitude ou largura de pulso).
Por escopo, o equipamento pode ser:
- para equipamentos com potência até 315 kW;
- conversores vetoriais para potência até 500 kW;
- dispositivos à prova de explosão para uso em ambientes explosivos e empoeirados;
- conversores de frequência montados em motores elétricos;
Cada tipo de conversor de frequência possui certas vantagens e desvantagens e é aplicável a diferentes equipamentos e cargas, bem como às condições de trabalho.
O conversor de frequência pode ser controlado manualmente ou externamente. O controle manual é realizado a partir do painel de controle do inversor, que pode ajustar a velocidade ou interromper a operação. O controle externo é realizado usando sistemas de controle automático (APCS), que podem controlar todos os parâmetros do dispositivo e permitem alternar o esquema ou modo de operação (via FC ou bypass).Além disso, o controle externo permite programar a operação do conversor dependendo das condições de operação, carga, tempo, o que permite trabalhar no modo automático.
Por que um motor elétrico precisa de um conversor de frequência?
O uso de conversores de frequência permite reduzir o custo da eletricidade, o custo de depreciação de motores e equipamentos. Eles podem ser usados para motores de gaiola de esquilo baratos, o que reduz os custos de produção.
Muitos motores elétricos operam em condições de mudança frequente de modos de operação (partidas e paradas frequentes, mudança de carga). Os conversores de frequência permitem uma partida suave do motor e reduzem o torque máximo de partida e o aquecimento do equipamento. Isso é importante, por exemplo, em máquinas de elevação e permite reduzir o impacto negativo de partidas repentinas, além de eliminar o balanço da carga e os solavancos ao parar.
Com a ajuda do inversor, você pode regular suavemente a operação de sopradores, bombas e automatizar processos tecnológicos (usados em caldeiras, na mineração, nos setores de petróleo e refino de petróleo, em instalações hidráulicas e outras empresas).
A utilização de conversores de frequência em transportadores, esteiras transportadoras, elevadores permite aumentar a vida útil de seus componentes, pois reduz solavancos, choques e outros fatores negativos na partida e parada de equipamentos. Eles podem aumentar e diminuir suavemente a velocidade do motor, realizar o movimento reverso, o que é importante para um grande número de equipamentos industriais de alta precisão.
Vantagens dos conversores de frequência:
- Reduzir os custos de energia: reduzindo as correntes de partida e ajustando a potência do motor com base na carga;
- Aumentar a confiabilidade e durabilidade dos equipamentos: permite prolongar a vida útil e aumentar o período de um serviço técnico para outro;
- Permite implementar controle externo e gerenciamento de equipamentos a partir de dispositivos remotos de computador e capacidade de integração em sistemas de automação;
- Os conversores de frequência podem operar com qualquer potência de carga (de um quilowatt a dezenas de megawatts);
- A presença de componentes especiais na composição dos conversores de frequência permite proteção contra sobrecargas, falta de fase e curto-circuito, além de garantir operação segura e desligamento do equipamento em caso de emergência.
É claro que, olhando para essa lista de vantagens, alguém pode se perguntar por que não usá-las para todos os mecanismos da empresa? A resposta aqui é óbvia, infelizmente, mas este é o alto custo do chastotnikov, sua instalação e ajuste. Nem todas as empresas podem arcar com esses custos.
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