Conversor de frequência para motor elétrico

Aspectos técnicos do uso de conversores de frequência

Atualmente, o motor de indução tornou-se o principal dispositivo na maioria dos acionamentos elétricos. Cada vez mais, um conversor de frequência é usado para controle - um inversor com regulação PWM. Esse controle oferece muitas vantagens, mas também cria alguns problemas ao escolher certas soluções técnicas. Vamos tentar entendê-los com mais detalhes.

O dispositivo de conversores de frequência

O desenvolvimento e a produção de uma ampla gama de poderosos módulos IGBT de transistor de alta tensão tornaram possível a implementação de chaves de alimentação multifásicas controladas diretamente por sinais digitais. Instalações de computação programáveis ​​tornaram possível gerar sequências numéricas nas entradas do comutador que forneciam sinais controle de frequência de motores elétricos assíncronos… O desenvolvimento e a produção em massa de microcontroladores de chip único com grandes recursos de computação tornaram possível a transição para servo drives com controladores digitais.

Os conversores de frequência de potência, via de regra, são implementados de acordo com um esquema contendo um retificador baseado em diodos poderosos ou transistores de potência e um inversor (chave controlada) baseado em transistores IGBT desviados por diodos (Fig. 1).

Arroz. 1. Circuito conversor de frequência

O estágio de entrada retifica a tensão de rede senoidal fornecida, que, após suavização com um filtro indutivo-capacitivo, serve como fonte de alimentação para o inversor controlado, que gera um sinal com modulação de pulso, que gera correntes senoidais nos enrolamentos do estator com parâmetros que fornecem o modo de operação necessário do motor elétrico.

O controle digital do conversor de potência é realizado usando hardware de microprocessador e software correspondente às tarefas em questão. A unidade de computação gera sinais de controle para 52 módulos em tempo real e também processa sinais de sistemas de medição que controlam a operação do drive.

Fontes de alimentação e computadores de controle são combinados em um produto industrial estruturalmente projetado chamado conversor de frequência.

Existem dois tipos principais de conversores de frequência usados ​​em equipamentos industriais:

• conversores proprietários para tipos específicos de equipamentos.

• os conversores de frequência universais são projetados para controle multifuncional da operação AM em modos definidos pelo usuário.

A configuração e gerenciamento dos modos de operação do conversor de frequência podem ser feitos usando o painel de controle equipado com uma tela para indicar as informações inseridas.Para controle de frequência escalar simples, você pode usar um conjunto de funções lógicas simples disponíveis nas configurações de fábrica do controlador e no controlador PID integrado.

Para implementar modos de controle mais complexos usando sinais de sensores de feedback, é necessário desenvolver uma estrutura ACS e um algoritmo a ser programado usando um computador externo conectado.

A maioria dos fabricantes produz uma variedade de conversores de frequência que diferem nas características elétricas de entrada e saída, potência, design e outros parâmetros. Elementos externos adicionais podem ser usados ​​para conectar equipamentos externos (rede, motor): partidas magnéticas, transformadores, bobinas.

Tipos de sinais de controle

É necessário distinguir entre os diferentes tipos de sinais e usar um cabo separado para cada um. Diferentes tipos de sinais podem influenciar uns aos outros. Na prática, essa separação é comum, por exemplo, um cabo de sensor de pressão pode ser conectado diretamente ao conversor de frequência.

Na fig. 2 mostra a maneira recomendada de conectar o conversor de frequência na presença de vários circuitos e sinais de controle.

Arroz. 2. Um exemplo de conexão dos circuitos de potência e os circuitos de controle do conversor de frequência

Os seguintes tipos de sinais podem ser distinguidos:

• analógico - sinais de tensão ou corrente (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), cujo valor muda lentamente ou raramente, geralmente são sinais de controle ou medição;

• sinais discretos de tensão ou corrente (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), que podem levar apenas dois valores que raramente mudam (alto ou baixo);

• digital (dados) — sinais de tensão (0 … 5 V, 0 … 10 V) que mudam rapidamente e com alta frequência, geralmente são sinais das portas RS232, RS485, etc.;

• relé — contatos de relé (0 … 220 V AC) podem incluir correntes indutivas dependendo da carga conectada (relés externos, lâmpadas, válvulas, freios, etc.).

Seleção de potência do conversor de frequência

Ao escolher a potência do conversor de frequência, é necessário confiar não apenas na potência do motor elétrico, mas também nas correntes e tensões nominais do conversor e do motor. O fato é que a potência especificada do conversor de frequência refere-se apenas à sua operação com um motor assíncrono padrão de 4 polos em aplicações padrão.

Os dispositivos reais têm muitos aspectos que podem fazer com que a carga atual no dispositivo aumente, por exemplo, durante a inicialização. Em princípio, o uso de um conversor de frequência permite reduzir as cargas mecânicas e de corrente devido à partida suave. Por exemplo, a corrente de partida é reduzida de 600% para 100-150% da corrente nominal.

Dirija em velocidade reduzida

Deve-se lembrar que, embora o conversor de frequência forneça facilmente uma regulação de velocidade 10:1 quando o motor estiver funcionando em baixas velocidades, a potência de seu próprio ventilador pode não ser suficiente. Monitore a temperatura do motor e forneça ventilação forçada.

Compatibilidade eletromagnética

Como o conversor de frequência é uma fonte poderosa de harmônicos de alta frequência, um cabo blindado de comprimento mínimo deve ser usado para conectar os motores. Esse cabo deve ser colocado a uma distância de pelo menos 100 mm de outros cabos.Isso minimiza o interrogatório. Se os cabos forem cruzados, o cruzamento é feito em um ângulo de 90 graus.

É alimentado por um gerador de emergência

A partida suave fornecida pelo conversor de frequência permite reduzir a potência necessária do gerador. Como com essa partida a corrente diminui de 4 a 6 vezes, a potência do gerador pode ser reduzida em um número semelhante de vezes. Mas um contator ainda deve ser instalado entre o gerador e o inversor, controlado pela saída do relé do conversor de frequência. Isso protege o conversor de frequência contra sobretensões perigosas.

Alimentando um conversor trifásico de uma rede monofásica

Os conversores de frequência trifásicos podem ser alimentados a partir de uma rede monofásica, mas sua corrente de saída não deve exceder 50% da nominal.

Economize energia e dinheiro

A economia vem de vários motivos. Primeiro, por causa do crescimento cosseno fi para valores de 0,98, ou seja, a potência máxima é usada para fazer trabalho útil, o mínimo é desperdiçado. Em segundo lugar, um coeficiente próximo a este é obtido em todos os modos de operação do motor.

Sem um conversor de frequência, os motores assíncronos com carga baixa têm um cosseno phi de 0,3-0,4. Em terceiro lugar, não há necessidade de ajustes mecânicos adicionais (amortecedores, reguladores de pressão, válvulas, freios etc.), tudo é feito eletronicamente. Com tal dispositivo de controle, a economia pode chegar a 50%.

Sincronizar vários dispositivos

Devido às entradas adicionais para controlar o conversor de frequência, é possível sincronizar os processos do transportador ou definir as taxas de variação de alguns valores, dependendo de outros.Por exemplo, para tornar a velocidade do fuso da máquina dependente da taxa de avanço do cortador. O processo será otimizado porque conforme a carga da fresa aumenta, o avanço diminui e vice-versa.

Proteção de rede contra harmônicos mais altos

Para proteção adicional, além de cabos blindados curtos, são usados ​​indutores de linha e capacitores de bypass. Aceleradoralém disso, limita a corrente de irrupção quando ligado.

Escolhendo a classe de proteção certa

A dissipação de calor confiável é essencial para a operação suave do conversor de frequência. Se forem usadas classes de alta proteção, por exemplo, IP 54 e superior, é difícil ou caro obter tal dissipação de calor. Portanto, é possível usar um gabinete separado com alto grau de proteção, onde podem ser instalados módulos de classe inferior e pode ser realizada ventilação e resfriamento geral.

Conexão paralela de motores elétricos a um conversor de frequência

Para reduzir custos, um conversor de frequência pode ser usado para controlar vários motores elétricos. Sua potência deve ser selecionada com uma margem de 10-15% da potência total de todos os motores elétricos. Ao fazer isso, é necessário minimizar o comprimento dos cabos do motor e é altamente desejável instalar uma bobina de motor.

A maioria dos conversores de frequência não permite que os motores sejam desligados ou conectados por meio de contatores enquanto o conversor de frequência estiver funcionando. Isso é feito apenas por meio do comando de parada no dispositivo.

Configuração da função de controle

Para obter o máximo desempenho do acionamento elétrico, como: fator de potência, eficiência, capacidade de sobrecarga, suavidade de regulagem, durabilidade, é necessário escolher corretamente a relação entre a variação da frequência de operação e a tensão de saída da frequência conversor.

A função de mudança de tensão depende do caráter de torque da carga. Com torque constante, a tensão do estator do motor deve ser controlada proporcionalmente à frequência (controle escalar U / F = const). Para um ventilador, por exemplo, outra relação é U / F * F = const. Se aumentarmos a frequência em 2 vezes, a tensão deve aumentar em 4 (controle vetorial). Existem dispositivos com funções de controle mais complexas.

Vantagens de usar um variador de velocidade com um conversor de frequência

Além de aumentar a eficiência e economizar energia, esse acionamento elétrico permite obter novas qualidades de direção. Isso se reflete na rejeição de dispositivos mecânicos adicionais que geram perdas e reduzem a confiabilidade dos sistemas: freios, amortecedores, reguladores de pressão, válvulas, válvulas de controle, etc. A frenagem, por exemplo, pode ser feita invertendo o campo eletromagnético no estator do motor. Mudando apenas a relação funcional entre frequência e tensão, obtemos um acionamento diferente sem alterar nada na mecânica.

Lendo a documentação

Deve-se notar que, embora os conversores de frequência sejam semelhantes entre si, e tendo um dominado, é fácil lidar com o outro, no entanto, é necessário ler atentamente a documentação. Alguns fabricantes impõem restrições ao uso de seus produtos e, caso sejam violadas, retiram o produto da garantia.

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