Em várias situações pode ser necessário converter a frequência da corrente de fonte para uma tensão de frequência ajustável. Isto é necessário, por exemplo, quando se operam motores assíncronos para alterar a sua velocidade. Este artigo irá descrever a finalidade e o princípio do conversor de frequência.
Conteúdos
O que é um conversor de frequência
Um conversor de frequência (FC) é um aparelho eléctrico que converte e regula de forma contínua uma corrente alternada monofásica ou trifásica a uma frequência de 50 Hz para uma corrente semelhante a uma frequência de 1 a 800 Hz. Estes dispositivos são amplamente utilizados para controlar o funcionamento de várias máquinas eléctricas do tipo assíncrono, por exemplo, para alterar a sua velocidade. Existem também aparelhos para utilização em redes industriais de alta tensão.
Conversores simples regulam a frequência e tensão de acordo com uma característica V/f, dispositivos complexos utilizam controlo vectorial.
Um conversor de frequência é um dispositivo tecnicamente complexo e consiste não só num conversor de frequência, mas também tem protecção contra sobrecorrente, sobretensão e curto-circuito. Tal equipamento pode também ter um estrangulamento para melhorar a forma de onda e filtros para reduzir várias interferências electromagnéticas. É feita uma distinção entre conversores electrónicos e dispositivos electromecânicos.
Princípio de funcionamento de um conversor de frequência
Um conversor de frequência electrónico consiste em vários componentes básicos: rectificador, filtro, microprocessador e inversor.
O rectificador tem um feixe de díodos ou tirístores, que rectificam a corrente inicial na entrada para o conversor. Os inversores de díodos caracterizam-se pela ausência total de ondulação e são dispositivos baratos mas fiáveis. Os inversores baseados no tiristor permitem o fluxo de corrente em ambas as direcções e permitem que a energia eléctrica seja devolvida à rede quando o motor é travado.
Filtro é utilizado em unidades baseadas no tiristor para reduzir ou eliminar a ondulação de tensão. O alisamento é feito com filtros capacitivos ou indutivo-capacitivos.
O microprocessador - é a unidade de controlo e avaliação do inversor. Recebe e avalia os sinais dos sensores, o que permite que o sinal de saída do inversor seja regulado pelo controlador PID integrado. Esta componente também regista e armazena dados de eventos, regista e protege a unidade contra sobrecarga, curto-circuito, analisa condições de funcionamento e desliga em caso de emergência.
Inversor O controlo da tensão e corrente é utilizado para controlar máquinas eléctricas, ou seja, para ajustar continuamente a frequência da corrente. Um tal dispositivo produz uma produção "senoidal pura", o que permite a sua utilização em muitas aplicações industriais.
O princípio de funcionamento de um conversor de frequência electrónico (inversor) é o seguinte:
- A corrente de entrada senoidal AC monofásica ou trifásica é rectificada por uma ponte de díodos ou tirístores;
- Filtros especiais (condensadores) filtram o sinal para reduzir ou eliminar a ondulação de tensão;
- A tensão é convertida numa onda trifásica com parâmetros definidos por meio de um microcircuito e de uma ponte transistor;
- Na saída do inversor, os impulsos rectangulares são convertidos numa tensão sinusoidal com parâmetros definidos.
Tipos de conversores de frequência
Existem vários tipos de conversores de frequência, que são actualmente os mais comuns para a produção e utilização:
Conversores electro-maquinas (electro-indução): são utilizados quando a utilização de conversores de frequência electrónicos não é possível ou viável. São motores assíncronos com rotores de fase a funcionar em modo gerador-conversor.
Estas unidades são conversores de controlo escalar. A saída desta unidade gera uma tensão de uma dada amplitude e frequência, a fim de manter um certo fluxo magnético nos enrolamentos do estator. São utilizados em aplicações onde não é necessário manter a velocidade do rotor em função da carga (bombas, ventiladores e outros equipamentos).
conversores electrónicos: amplamente utilizado em todas as condições de funcionamento para uma variedade de equipamentos. Estes dispositivos são baseados em vectores, calculam automaticamente a interacção dos campos magnéticos do estator e do rotor e asseguram uma velocidade constante do rotor independentemente da carga.
- Cicloinversores;
- Cicloinversores;
- Inversores de ligação DC:
- Conversor de frequência da fonte actual;
- Conversor de frequência de uma fonte de tensão (com modulação de amplitude ou largura de pulso).
Em termos de aplicação, o equipamento pode ser:
- Para equipamentos até 315 kW;
- conversores vectoriais para potências até 500 kW;
- dispositivos à prova de explosão para utilização em ambientes explosivos e poeirentos;
- conversores de frequência montados em motores eléctricos;
Cada tipo de conversor de frequência tem certas vantagens e desvantagens e é adequado para diferentes equipamentos e cargas, assim como condições de funcionamento.
O conversor de frequência pode ser controlado manualmente ou externamente. O controlo manual é efectuado a partir do painel de controlo do conversor de frequência, que pode ser utilizado para ajustar a velocidade ou parar a operação. O controlo externo é efectuado através de sistemas de controlo automático (ACS), que podem monitorizar todos os parâmetros da unidade e permitir a comutação do circuito ou modo de funcionamento (via conversor de frequência ou bypass). O controlo externo também permite que o inversor seja programado para condições de funcionamento, carga e tempo, permitindo que o inversor funcione em modo automático.
Para que pode o motor eléctrico precisar de um conversor de frequência
A utilização de conversores de frequência reduz os custos energéticos, os custos de amortização de motores e equipamentos. É possível utilizá-los para motores de gaiola de esquilo de baixo custo, o que reduz os custos de produção.
Muitos motores eléctricos estão sujeitos a condições de funcionamento em constante mudança (arranques e paragens frequentes, cargas variáveis). Os conversores de frequência permitem que o motor arranque seja suave e reduzem o torque máximo de arranque e o aquecimento do equipamento. Isto é importante, por exemplo, em máquinas de elevação e reduz os efeitos negativos de arranques súbitos e paragens bruscas.
Com a ajuda de conversores de acionamento é possível controlar suavemente o funcionamento de sopradores, bombas e permite a automatização de processos tecnológicos (utilizados em caldeiras, minas, produção de petróleo e refinarias, em fábricas de água e outras instalações).
A utilização de conversores de frequência em transportadores, transportadores, elevadores pode aumentar a vida útil dos seus componentes, porque reduz os choques, choques e outros factores negativos no arranque e paragem do equipamento. Podem aumentar e diminuir suavemente a velocidade do motor, efectuar inversão de marcha, o que é importante para um grande número de equipamentos industriais de alta precisão.
Vantagens dos inversores de frequência:
- Redução dos custos energéticos: devido à redução das correntes de arranque e à regulação da potência do motor dependente da carga;
- Aumenta a fiabilidade e durabilidade do equipamento: Permite uma vida útil prolongada e intervalos de manutenção prolongados;
- Permite a introdução de controlo e gestão externa do equipamento a partir de dispositivos informáticos remotos e a possibilidade de ser integrado em sistemas de automatização;
- Os conversores de frequência podem suportar qualquer capacidade de carga (de um quilowatt a dezenas de megawatts);
- A presença de componentes especiais em conversores de frequência pode proteger contra sobrecargas, perda de fase e curto-circuitos, bem como garantir o funcionamento seguro e o encerramento do equipamento em caso de emergência.
Claro que, ao olhar para esta lista de benefícios, pode perguntar-se porque não utilizá-los para todos os motores de uma fábrica? A resposta é óbvia, infelizmente, mas é o elevado custo dos conversores de frequência, a sua instalação e colocação em funcionamento. Nem todas as empresas podem suportar estes custos.
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