O que é circuito de unidade vfd: sua operação, tipos e aplicações

Existem muitas fábricas e fábricas no mundo que usam um tipo diferente de motores de alta potência. Devido ao alto consumo de energia, as fábricas e usinas acabam pagando um alto valor na conta de energia. Para superar o alto consumo de energia e aumentar a eficiência, o VFD foi introduzido há quatro décadas, mas o circuito não era forte o suficiente.

VFD é a forma abreviada de conversor de frequência ou conversor de frequência. A frequência determina o RPM do motor e, controlando a frequência CA, o RPM do motor pode ser controlado. Diferentes tipos de VFDs estão disponíveis no mercado eletrônico e elétrico, desde aplicações relacionadas a pequenos motores até motores de indução de alta potência. Além dos VFDs trifásicos, também estão disponíveis VFDs monofásicos.

Circuito VFD e sua operação

Um circuito VFD consiste em três partes.

1. A seção retificadora

2. A seção de filtro

3. A seção de comutação ou inversor.

Na imagem abaixo, as três seções são mostradas dentro de um diagrama de blocos. Este é um diagrama de bloco de circuito básico de um VFD trifásico.

Seção retificadora do circuito VFD

seção retificadora usa 6 diodos. Os diodos D1, D2 e ​​D3 são conectados ao trilho positivo e os diodos D4, D5 e D6 são conectados ao trilho negativo. Esses 6 diodos atuam como uma ponte de diodos que converte o sinal CA trifásico em um único trilho CC. Os trifásicos R, B e Y são conectados ao diodo. Dependendo da polaridade da onda senoidal, os diodos recebem polarização direta ou reversa, fornecendo, assim, um pulso positivo ou negativo no trilho positivo e negativo.

Para saber mais sobre o funcionamento do retificador, basta seguir o link.

Seção de filtro do circuito VFD

Como sabemos, os diodos retificadores padrão convertem apenas o sinal CA em CC, mas o sinal CC de saída não é suficientemente suave porque há ondulações CA dependentes da frequência também associadas a ele. Para retificar a ondulação CA e fazer uma saída contínua de corrente contínua, é necessário algum tipo de filtro de rejeição de ondulação. O componente padrão para o filtro é usar diferentes tipos de grandes capacitores e indutores. Na seção de filtro, principalmente o capacitor filtra a ondulação CA e fornece uma saída CC suave.

Em alguns casos, outros tipos de filtros também são usados ​​para reduzir os ruídos e harmônicos CA de entrada.

Seção de comutação ou inversor do circuito VFD

A seção de comutação ou inversor inverte DC para AC. Nesta seção, diferentes tipos de chaves eletrônicas são usados, variando de transistores de alta potência, IGBT ou MOSFETs. Os interruptores são ligados ou desligados rapidamente e a carga recebe uma tensão pulsante muito semelhante à CA. A frequência de saída é proporcional à taxa de comutação. A alta taxa de comutação fornece saída de alta frequência, enquanto a taxa de comutação baixa fornece uma saída de baixa frequência.

Diferentes tipos de VFD

Dependendo de como o VFD converte a alimentação CA em CC e faz a retificação, existem outros tipos de VFDs disponíveis no mercado.

Os três principais tipos de VFD são VSI , CSI e PWM .

VSI tipo VFDs

VSI significa inversor de fonte de tensão. Este é o tipo mais comum de driver de frequência variável. Nesse tipo de VFDs, uma ponte de diodo simples é usada para converter o sinal CA em CC e um capacitor é usado para armazenar a energia. Um circuito de chaveamento do inversor usa a energia armazenada no capacitor e fornece a saída.

Vantagem

1. Tem uma boa faixa de velocidade.

2. Instalação de controle de vários motores. Vários motores podem ser conectados com o único tipo VFD de VSI.

3. design simples.

4. É rentável do lado da produção e instalação.

Desvantagens

1.Due a cogging efeito, o rosto do motor de carga empurrando durante a situação de partida e parada.

2. A saída fornece diferentes tipos de harmônicos e ruídos.

3.Se a velocidade do motor for controlada ou diminuída, o fator de potência geral fica bastante prejudicado, o que resulta em fator de potência fraco.

CSI tipo VFDs

CSI significa inversor de fonte de corrente. Os VFDs do tipo VSI são projetados de forma que possam fornecer uma saída de tensão uniforme dependendo da faixa de frequência variável, mas nos VFDs do tipo CSI a construção depende da corrente em vez da tensão. Além disso, no caso do CSI, em vez do retificador de ponte de diodo, o conversor de ponte SCR é usado. A energia de saída é filtrada usando indutores em série como uma alternativa de capacitores para saída de corrente suave. Os VFDs do tipo CSI atuam da mesma forma que um gerador de corrente constante. Em vez de uma onda quadrada de tensão, os VFDs do tipo CSI são capazes de fornecer uma onda quadrada de corrente.

Vantagem

1. Confiável e então VFDs do tipo VSI.

2.Suporte a motores de indução de alta potência onde o VSI não for uma escolha adequada.

3. design simples.

4. Boas capacidades de regeneração.

Desvantagens

1. O fator de potência geral é pobre, especialmente em RPM baixo.

2. O efeito de travamento existe e pode vibrar o eixo do motor durante o funcionamento.

3. Não é adequado para operação com vários motores em relação ao VSI.

VFDs tipo PWM

Esta é uma versão melhorada e modificada dos VFDs do tipo VSI. PWM significa modulação por largura de pulso. Usando a técnica PWM, os VFDs são capazes de fornecer uma saída de tensão estável mantida com uma relação de frequência. A construção usa uma ponte de diodo para retificar o sinal AC em um sinal DC. O circuito de comutação controla o ciclo de trabalho em uma faixa de frequência variável. Um regulador adicional é usado para regular a saída PWM para fornecer tensão e corrente estáveis ​​e adequadas para a carga.

Vantagem

1. Nenhum efeito de entupimento ou solavanco.

2. Ampla velocidade e faixa de controle.

3.Consistem diferentes tipos de circuitos de proteção.

4. Fator de potência constante.

5. Induzir eficiência muito alta.

6.Energia eficiente.

Desvantagens

1.Complex para projetar.

2.Complex a respeito da implementação.

3.Requer hardware adicional.

4. Geração de ruído audível no circuito do driver.

5. Solução de custo.

Como selecionar VFD para meu aplicativo?

Para selecionar os VFDs adequados para uma aplicação específica, é necessário um bom entendimento da carga. Diferentes tipos de motores produzem diferentes tipos de torque. Em algumas aplicações, o torque constante é necessário, enquanto em outras aplicações o torque precisa ser controlado. Além disso, a carga no motor é um fator determinante da especificação do motor, principalmente a classificação de potência.

Para selecionar o VFD apropriado para a aplicação adequada, precisamos avaliar ou considerar o seguinte.

1. Potência do motor

2. O custo

3. O ambiente operacional do VFD e motores

4. Monofásico ou trifásico

5. VFD único com motor único ou VFD único com motores múltiplos

6. Requisitos de recursos de controle adicionais

Vantagens do VFD

Existem muitos motivos pelos quais o VFD é uma escolha popular para o consumidor, onde outros controladores estão prontamente disponíveis. A razão mais importante para a popularidade do VFD são os recursos de baixo consumo de energia e o custo de configuração inicial. O VFD oferece alta eficiência em termos de consumo de energia, exceto qualquer dispositivo controlador no mesmo segmento. Devido a isso, no caso de grandes fábricas e plantas onde são necessários motores de maior potência, o VFD oferece baixo consumo de energia, reduzindo assim o valor da conta de energia e fornece oportunidades de economia de custos.

O VFD limita a corrente de inrush durante as condições de partida e parada do motor, o que também diminui a carga de inrush na linha de alimentação, além de fornecer uma margem de segurança para motores caros.

Além das vantagens acima, o VFD pode reduzir o custo de manutenção do sistema. Nenhuma conexão elétrica adicional e operações de controle são necessárias. Existem opções para conectar vários motores que podem ser controlados usando um único VFD, o que reduz ainda mais o custo adicional de configuração do sistema.

Desvantagens do VFD

No entanto, apesar das vantagens acima, existem algumas desvantagens também associadas ao sistema VFD. A principal desvantagem do sistema VFD é o investimento inicial na configuração. Para uma fábrica ou planta onde vários motores de alta potência precisam ser controlados usando VFDs, requer altos investimentos.

Além disso, o VFD causa aquecimento do motor e precisa de uma construção especial de motores. A construção precisa de tipos especiais de isolamentos de motor, assim como os motores precisam ser especificados para aplicações nominais de inversores.

Outra grande desvantagem do VFD é que a linha de alimentação da fonte principal é altamente perturbada com distorção e harmônicos de entalhe de linha. Por conta disso, os demais dispositivos conectados na mesma rede elétrica também ficam prejudicados durante a condição de operação.

No entanto, o avanço da indústria de semicondutores moderna melhorou muito a construção de sistemas VFD modernos. Antes da era dos dispositivos de estado sólido, as máquinas rotativas são o principal componente usado para fazer os VFDs. Na era moderna do microprocessador, os VFDs são equipados com todos os tipos de proteções, como subtensão, sobretensão, proteção contra sobrecarga térmica, etc., com recursos de controle adequados. A aplicação Motor na indústria é responsável por 25% do consumo mundial de energia elétrica, que pode ser controlada de forma eficiente por VFDs.