Os fornecedores de equipamentos de suporte para conversores de frequência lembram que, com o aprimoramento da tecnologia de conversão de frequência, a aplicação de motores CA está se tornando cada vez mais comum. O uso da regulação de velocidade por conversão de frequência pode melhorar a precisão do controle, a eficiência da produção e a qualidade dos produtos em máquinas de produção, o que contribui para a automação do processo produtivo. Os sistemas de acionamento CA apresentam excelente desempenho de controle e significativa economia de energia em diversas aplicações de produção.
Aplicação do conversor de frequência
O consumo de eletricidade dos motores elétricos em nosso país representa de 60% a 70% da geração nacional de eletricidade, e o consumo anual de ventiladores e bombas d'água corresponde a 1/3 do consumo nacional. A principal razão para essa situação é que o método tradicional de controle de velocidade para ventiladores, bombas d'água e outros equipamentos consiste em ajustar o fornecimento de ar e água regulando a abertura de válvulas e defletores de entrada ou saída. Esse método requer alta potência de entrada e consome muita energia no processo de interconexão das válvulas e defletores.
Devido ao fato de a maioria dos ventiladores e bombas d'água serem cargas de torque constante, a potência no eixo e a velocidade têm uma relação cúbica. Portanto, quando a velocidade dos ventiladores e bombas d'água diminui, o consumo de energia também diminui consideravelmente. Assim, existe um grande potencial para economia de energia. A medida mais eficaz para economizar energia é usar um conversor de frequência para regular a vazão. A aplicação de conversores de frequência proporciona uma economia de energia de 20% a 50%, e os benefícios são significativos.
Muitas máquinas requerem motores elétricos com velocidade ajustável devido às exigências do processo. No passado, devido à dificuldade em regular a velocidade de motores elétricos CA e às altas exigências de desempenho na regulação de velocidade, utilizava-se a regulação de velocidade CC. No entanto, os motores elétricos CC possuem estruturas complexas, grande volume e dificuldade de manutenção no inverno. Portanto, com o amadurecimento da tecnologia de regulação de velocidade por frequência variável, a regulação de velocidade CA está gradualmente substituindo a regulação de velocidade CC, frequentemente exigindo controle de torque quantitativo e direto para atender a diversas exigências do processo.
Ao utilizar um conversor de frequência para acionar um motor elétrico, a corrente de partida é baixa, permitindo uma partida suave e uma regulação de velocidade contínua. Isso facilita o controle da aceleração e da desaceleração, possibilitando que o motor atinja alto desempenho e economize energia significativamente. Portanto, os conversores de frequência têm sido cada vez mais utilizados na produção industrial e no cotidiano.
Problemas existentes e contramedidas
Com a expansão do escopo de aplicação dos conversores de frequência, surgem cada vez mais problemas durante a operação, manifestando-se principalmente como harmônicos de alta ordem, ruído e vibração, adaptação de carga, aquecimento e outras questões. Este artigo analisa os problemas acima mencionados e propõe medidas correspondentes.
O circuito principal de um conversor de frequência universal geralmente consiste em três partes: retificação, inversão e filtragem. A parte de retificação é um retificador trifásico em ponte não controlado, a parte de filtragem intermediária utiliza um capacitor de grande capacidade como filtro e a parte de inversão é um inversor em ponte de três terminais com IGBT e entrada de forma de onda PWM. A tensão de saída contém harmônicos além da onda fundamental, e os harmônicos de baixa ordem geralmente têm um impacto maior na carga do motor, causando ondulação de torque; já os harmônicos de alta ordem aumentam a corrente de fuga no cabo de saída do conversor de frequência, resultando em potência insuficiente para o motor. Portanto, tanto os harmônicos de alta quanto os de baixa ordem emitidos pelo conversor de frequência devem ser suprimidos. Os seguintes métodos podem ser usados para suprimir harmônicos.
1. Aumente a potência de alimentação do conversor de frequência.
A impedância interna da fonte de alimentação geralmente atua como um amortecedor para a potência reativa do capacitor de filtragem CC do conversor de frequência. Quanto maior a impedância interna, menor o conteúdo harmônico. Essa impedância interna é a impedância de curto-circuito do transformador. Portanto, ao escolher uma fonte de alimentação para um conversor de frequência, é recomendável optar por um transformador com alta impedância de curto-circuito.
2. Instale o reator
Conecte reatores adequados ou instale filtros de harmônicos em série entre os terminais de entrada e saída do conversor de frequência. O filtro é do tipo LC, que absorve os harmônicos e aumenta a impedância da fonte de alimentação ou da carga para atingir o objetivo de supressão.
3. Operações múltiplas utilizando transformadores
O conversor de frequência universal é um retificador de seis pulsos, que gera harmônicos de alta ordem. Se for adotada a operação multifásica dos transformadores, com uma diferença de ângulo de fase de 30° entre eles, a combinação de transformadores Y-Δ e Δ-Δ pode formar um efeito de 12 pulsos, o que pode reduzir as correntes harmônicas de baixa ordem e suprimir efetivamente os harmônicos.
4. Configure harmônicos dedicados
Configure um filtro dedicado para detectar o conversor de frequência e a fase, e gere uma corrente com a mesma amplitude e fase oposta à corrente harmônica, que é então enviada ao conversor de frequência para absorver efetivamente a corrente harmônica.