Na transmissão elétrica de indústrias químicas, a aplicação de inversores de frequência em centrífugas é muito comum. Devido a diversos fatores relacionados ao processo e ao equipamento de acionamento, o fenômeno de energia regenerativa ocorre frequentemente. Em conversores de frequência convencionais, existem duas maneiras mais comuns de lidar com a energia regenerativa: (1) dissipando-a em um "resistor de frenagem" artificialmente conectado em paralelo com o capacitor no circuito CC, o que é chamado de estado de frenagem de potência; (2) se essa energia for realimentada para a rede elétrica, o que é chamado de estado de frenagem por realimentação (também conhecido como estado de frenagem regenerativa). O princípio do barramento CC comum baseia-se no dispositivo universal de conversão de frequência que utiliza o método de conversão de frequência CA-CC-CA. Quando o motor está em frenagem, sua energia de frenagem é realimentada para o lado CC. Para melhor lidar com a energia de frenagem por realimentação, adotou-se o método de conectar o lado CC de cada conversor de frequência. Por exemplo, quando um conversor de frequência está em modo de frenagem e outro em modo de aceleração, as energias podem se complementar. Este artigo propõe um esquema de utilização de um conversor de frequência universal com um barramento CC comum em centrífugas de empresas químicas e detalha sua aplicação na unidade de realimentação dessas centrífugas. Atualmente, existem diversas maneiras de utilizar um barramento CC comum: (1) Uma unidade retificadora independente comum pode ser não invertível ou invertível. A primeira consome energia através de um resistor de frenagem externo, enquanto a segunda pode realimentar totalmente o excesso de energia do barramento CC diretamente para a rede elétrica, o que apresenta maior economia de energia e benefícios ambientais. A desvantagem é o custo mais elevado. (2) A unidade de conversão de frequência de grande porte é conectada ao barramento CC do conversor de frequência de grande porte compartilhado na rede elétrica. O conversor de frequência de pequeno porte não precisa ser conectado à rede elétrica, portanto, não há necessidade de um módulo retificador. O conversor de frequência de grande porte é conectado externamente a um resistor de frenagem. (3) Cada unidade de conversão de frequência é conectada à rede elétrica. Cada unidade de conversão de frequência é equipada com circuitos retificadores e inversores e resistores de frenagem externos, e as barras CC são interconectadas. Essa situação é comum quando a potência de cada unidade de conversão de frequência é próxima. Após a desmontagem, elas ainda podem ser usadas independentemente, sem interferir umas nas outras. O barramento CC comum apresentado neste artigo é o terceiro método, que possui vantagens significativas em comparação com os dois primeiros: a) O barramento CC compartilhado pode reduzir consideravelmente a configuração redundante das unidades de frenagem, com uma estrutura simples e racional, sendo economicamente viável. b) A tensão CC intermediária do barramento CC compartilhado é constante, e o capacitor combinado possui grande capacidade de armazenamento de energia, o que pode reduzir as flutuações na rede elétrica.c) Cada motor opera em diferentes estados, com realimentação de energia complementar, otimizando as características dinâmicas do sistema. d) As diferentes interferências harmônicas geradas por vários conversores de frequência na rede elétrica podem se cancelar mutuamente, reduzindo a taxa de distorção harmônica da rede elétrica. 2. Esquema do sistema de regulação de velocidade por frequência variável antes da reforma. 2.1 Introdução ao Sistema de Controle da Centrífuga. Há um total de 12 centrífugas que foram reformadas, e cada sistema de controle é o mesmo. O conversor de frequência é um Emerson da série EV2000 de 22 kW, do tipo torque constante, e as unidades de realimentação são todas unidades de frenagem com realimentação IPC-PF-1S. Todos os sistemas de controle são centralizados com oito unidades semelhantes. O diagrama do sistema é mostrado na Figura 1. Como mostrado na Figura 1, cada conversor de frequência requer uma unidade de frenagem com realimentação, e seus respectivos sistemas de controle são completamente independentes. 2.2 Análise da Operação de Frenagem durante a Frenagem: Quando a centrífuga freia, o motor entra em estado de frenagem regenerativa, e a energia mecânica armazenada no sistema é convertida em energia elétrica pelo motor, que é enviada de volta ao circuito CC do inversor através dos seis diodos de roda livre do inversor. Nesse momento, o inversor está em estado retificado. Nesse ponto, se nenhuma medida de consumo de energia for tomada no conversor de frequência, essa energia fará com que a tensão do capacitor de armazenamento de energia no circuito intermediário aumente. Nesse momento, a tensão do barramento CC do capacitor aumentará. Quando atingir 680V, ​​a unidade de frenagem começará a funcionar, ou seja, realimentando o excesso de energia elétrica para a rede. Nesse momento, a tensão do barramento CC de um único conversor de frequência será mantida abaixo de 680V (em torno de 690V), e o conversor de frequência não reportará falhas de sobretensão. A curva de corrente da unidade de frenagem de um conversor de frequência único durante a frenagem é mostrada na Figura 2, com um tempo de frenagem de 3 minutos. O instrumento de teste é o analisador de qualidade de energia monofásico FLUKE 43B e o software de análise é o "FlukeView Power Quality Analyzer versão 3.10.1". Figura 2: Curva de corrente da unidade de frenagem durante a operação. A partir disso, pode-se observar que, a cada acionamento do freio, a unidade de frenagem precisa operar, com uma corrente máxima de 27 A. A corrente nominal da unidade de frenagem é de 45 A. Obviamente, a unidade de frenagem está em estado de meia carga. 3. Esquema modificado do sistema de regulação de velocidade por conversão de frequência 3.1 Métodos de descarte para barramento CC comum Um aspecto importante do uso de um barramento CC compartilhado é considerar integralmente o controle do conversor de frequência, falhas de transmissão, características da carga e a manutenção do circuito principal de entrada durante a inicialização. O projeto inclui uma linha de entrada trifásica (mantendo a mesma fase), um barramento CC, um grupo de conversores de frequência universais, uma unidade de frenagem comum ou dispositivo de realimentação de energia e alguns componentes auxiliares.Para um conversor de frequência universal, a Figura 3 mostra uma das soluções mais utilizadas. O diagrama do circuito principal após a seleção do terceiro esquema de transformação é mostrado na Figura 3. As chaves de ar Q1 a Q4 na Figura 3 são os dispositivos de proteção da linha de entrada de cada conversor de frequência, e KM1 a KM4 são os contatores de energização de cada conversor de frequência. KMZ1 a KMZ3 são contatores paralelos para o barramento CC. As centrífugas 1 e 2 compartilham uma unidade de frenagem e formam um grupo, enquanto as centrífugas 3 e 4 compartilham uma unidade de frenagem e formam um grupo. Quando ambos os grupos estão funcionando corretamente, eles podem ser conectados em paralelo. Ao mesmo tempo, isso também se baseia na sequência de trabalho dos operadores no local, com as centrífugas 1 e 2 freando em momentos diferentes, e as centrífugas 3 e 4 freando em momentos diferentes. Durante a operação normal, as centrífugas 1 e 3 geralmente são agrupadas, enquanto as centrífugas 2 e 4 são agrupadas. Geralmente, quatro centrífugas não freiam simultaneamente. Devido ao ambiente complexo dos locais de trabalho reais, a rede elétrica frequentemente apresenta oscilações e ocorrem harmônicos de alta ordem. Também pode ser utilizado para aumentar a impedância da fonte de alimentação e auxiliar na absorção da sobretensão e dos picos de tensão da rede elétrica principal gerados quando equipamentos próximos são colocados em operação, mantendo assim a unidade retificadora do conversor de frequência. Cada conversor de frequência também pode utilizar um reator de entrada para evitar que esses fatores o afetem. Na reforma deste projeto, como o equipamento original não possuía reatores de linha de entrada, nenhum reator de linha de entrada ou outro dispositivo de controle de harmônicos foi projetado. Figura 3: Diagrama esquemático do sistema modificado de conversor de frequência e unidade de frenagem.Também pode ser usado para aumentar a impedância da fonte de alimentação e auxiliar na absorção de surtos e picos de tensão da rede elétrica principal gerados quando equipamentos próximos são colocados em operação, mantendo assim a unidade de retificação do conversor de frequência. Cada conversor de frequência também pode utilizar um reator de entrada para evitar que esses fatores o afetem. Na reforma deste projeto, como o equipamento original não possuía reatores de linha de entrada, nenhum reator de linha de entrada ou outro dispositivo de controle de harmônicos foi projetado. Figura 3: Diagrama esquemático do sistema modificado de conversor de frequência e unidade de frenagem.Também pode ser usado para aumentar a impedância da fonte de alimentação e auxiliar na absorção de surtos e picos de tensão da rede elétrica principal gerados quando equipamentos próximos são colocados em operação, mantendo assim a unidade de retificação do conversor de frequência. Cada conversor de frequência também pode utilizar um reator de entrada para evitar que esses fatores o afetem. Na reforma deste projeto, como o equipamento original não possuía reatores de linha de entrada, nenhum reator de linha de entrada ou outro dispositivo de controle de harmônicos foi projetado. Figura 3: Diagrama esquemático do sistema modificado de conversor de frequência e unidade de frenagem.
3.2 Esquema do sistema de controle: O circuito de controle é mostrado na Figura 4. Após os quatro conversores de frequência serem energizados e cada um estar pronto para operação, a opção de saída do terminal de saída do relé de falha do conversor de frequência é configurada para "conversor de frequência pronto para operação". Somente quando os conversores de frequência estiverem energizados e funcionando normalmente, eles podem ser conectados em paralelo. Se algum deles apresentar uma falha, o contator do barramento CC não fechará. Os terminais de saída TA e TC do relé de falha do conversor de frequência são contatos normalmente abertos. Após a energização, o conversor de frequência está "pronto para operação", os terminais TA e TC de cada conversor de frequência são fechados e o contator paralelo do barramento CC é fechado sequencialmente. Caso contrário, o contator se desconectará. 3.3 Características do Plano (1) Utilizar um conversor de frequência completo em vez de simplesmente adicionar vários inversores à ponte retificadora. (2) Não há necessidade de pontes retificadoras, unidades de carga, bancos de capacitores e inversores separados. (3) Cada conversor de frequência pode ser separado do barramento CC sem afetar outros sistemas. (4) Controlar a conexão do barramento CC comum do conversor de frequência por meio de contatores de intertravamento. (5) O controle em cadeia é usado para proteger as unidades de capacitores do conversor de frequência conectadas ao barramento CC. (6) Todos os conversores de frequência montados na barra devem usar a mesma fonte de alimentação trifásica. (7) Desconectar rapidamente o conversor de frequência do barramento CC após uma falha para restringir ainda mais o escopo da falha do conversor de frequência. 3.4 Configurações dos principais parâmetros do conversor de frequência Seleção do canal de comando de execução F0.03=1, configuração da frequência máxima de operação F0.05=50, configuração do tempo de aceleração F0.10=300, configuração do tempo de desaceleração F0.11=300, seleção da saída do relé de falha F7.12=15, função de saída AO1 F7.26=23.5, dados de teste modificados. Ao parar, tensão de entrada: 3PH 380VAC, tensão do barramento: 530VDC, tensão do barramento CC: 650V. Quando uma máquina acelera, a tensão do barramento diminui e a outra máquina desacelera. A tensão do barramento CC flutua entre 540-670V e a unidade de frenagem não liga nesse momento. A tensão CC na qual a unidade de frenagem geralmente opera é de 680V, ​​conforme mostrado na Figura 5 para testes e análises. Figura 5: Diagrama de monitoramento da corrente de operação da unidade de frenagem modificada. 4. Análise de economia de energia: Comparada à frenagem por resistência, que consome energia, a unidade de frenagem por realimentação é uma aplicação que economiza energia, mas exige que cada conversor de frequência esteja equipado com uma unidade de frenagem quando a frenagem for necessária. É inevitável que vários conversores de frequência precisem de várias unidades de frenagem, e o preço da unidade de frenagem não é muito diferente do preço do conversor de frequência, mas a taxa de continuidade de trabalho não é muito alta.A ampla aplicação de conversores de frequência com barramento CC compartilhado em centrífugas resolveu eficazmente o problema de "um não consegue alimentar o suficiente e o outro não consegue frear", em que um conversor acelera e o outro freia. Essa solução reduz a necessidade de ajustes repetitivos da unidade de frenagem, diminui o número de ciclos de trabalho e também reduz as interferências na rede elétrica, melhorando a qualidade da energia. A redução do investimento em equipamentos, o aumento da utilização dos mesmos e a economia de energia são de grande importância. 5. Conclusão: A ampla aplicação de conversores de frequência universais com barramento CC compartilhado resolve eficazmente o problema do consumo assíncrono de energia e dos períodos de tempo de realimentação, o que é de grande importância para a redução do investimento em equipamentos, a redução da interferência na rede e a melhoria da utilização dos equipamentos.