O fornecedor da unidade de frenagem do conversor de frequência lembra que tanto os conversores de frequência do tipo corrente quanto os do tipo tensão pertencem à categoria de conversores de frequência CA-CC-CA, que consistem em um retificador e um inversor.
Devido ao fato de as cargas serem geralmente indutivas, deve haver transferência de potência reativa entre suas fontes de energia. Portanto, no barramento CC intermediário, há necessidade de componentes para amortecer a potência reativa.
Se um capacitor de grande capacidade for usado para amortecer a potência reativa, ele constitui um conversor de frequência do tipo fonte de tensão; se um reator de grande capacidade for usado para amortecer a potência reativa, ele constitui um conversor de frequência do tipo fonte de corrente.
A diferença entre conversores de frequência do tipo tensão e conversores de frequência do tipo corrente reside apenas na forma do filtro CC intermediário. No entanto, isso resulta em diferenças significativas de desempenho entre os dois tipos de conversores de frequência, conforme demonstrado na seguinte lista comparativa:
1. Componentes de armazenamento de energia: conversor de frequência do tipo tensão - capacitor; do tipo corrente - reator.
2. Características da forma de onda de saída: A forma de onda da tensão é retangular, enquanto a da corrente é aproximadamente senoidal; o conversor de frequência do tipo corrente apresenta uma forma de onda retangular para a corrente e uma forma de onda aproximadamente senoidal para a tensão.
3. As características da composição do circuito incluem uma fonte de alimentação CC com diodo de realimentação em paralelo com um capacitor de grande capacidade (fonte de tensão de baixa impedância); a fonte de alimentação CC sem diodo de realimentação em série com um indutor de grande indutância (fonte de corrente de alta impedância) facilita a operação do motor nos quatro quadrantes.
4. Em termos de características, o tipo de tensão gera sobrecorrente quando a carga é curto-circuitada, e motores de malha aberta também podem operar de forma estável; o tipo de corrente pode suprimir a sobrecorrente quando a carga é curto-circuitada, e o controle de realimentação é necessário para a operação instável do motor.
Os inversores de fonte de corrente utilizam tiristores com comutação natural como chaves de potência, que possuem indutância elevada no lado CC e são usados na regulação de velocidade com dupla alimentação. Eles requerem circuitos de comutação em velocidades acima da síncrona e apresentam desempenho ruim em baixas frequências de escorregamento.
Características estruturais do conversor de frequência
O barramento CC do conversor de frequência do tipo corrente recebe esse nome devido ao uso de componentes indutivos, o que lhe confere a vantagem de operar em quatro quadrantes e facilitar a frenagem do motor. A desvantagem reside na necessidade de comutação forçada da ponte inversora, além da complexidade da estrutura do dispositivo, que dificulta o ajuste. Ademais, devido ao uso de retificação por deslocamento de fase com tiristores no lado da rede elétrica, os harmônicos da corrente de entrada são relativamente elevados, o que pode impactar a rede em altas potências.
2. O conversor de frequência do tipo tensão recebe esse nome devido ao uso de componentes capacitivos no barramento CC do conversor. Sua característica principal é a impossibilidade de operar nos quatro quadrantes. Quando o motor da carga precisa ser freado, um circuito de frenagem separado deve ser instalado. Quando a potência é alta, um filtro de onda senoidal precisa ser adicionado à saída.
3. O conversor de frequência de alta corrente utiliza componentes GTO, SCR ou IGCT em série para realizar a conversão direta de frequência em alta tensão, com uma tensão de corrente de até 10 kV. Devido ao uso de componentes indutivos no barramento CC, ele não é tão sensível à corrente, tornando-o menos propenso a falhas de sobrecorrente. O inversor também é confiável em operação e possui bom desempenho de proteção. O lado da entrada adota retificação controlada por fase com tiristores, e os harmônicos da corrente de entrada são relativamente grandes. Quando a capacidade do conversor de frequência é grande, a poluição da rede elétrica e a interferência em equipamentos eletrônicos de comunicação devem ser consideradas. O circuito de equalização e buffer de tensão é tecnicamente complexo e caro. Devido ao grande número de componentes e ao volume do dispositivo, o ajuste e a manutenção são relativamente difíceis. A ponte inversora adota comutação forçada e gera uma grande quantidade de calor, o que exige a solução do problema de dissipação de calor dos componentes. Sua vantagem reside na capacidade de operar nos quatro quadrantes e de frenagem. É importante observar que esse tipo de conversor de frequência requer a instalação de capacitores de autorregeneração de alta tensão em seus lados de entrada e saída devido ao seu baixo fator de potência de entrada e aos altos níveis de harmônicos de entrada e saída.
4. A estrutura do circuito do inversor de alta tensão adota a tecnologia de série direta IGBT, também conhecida como inversor de alta tensão em série com dispositivo direto. Utiliza capacitores de alta tensão para filtragem e armazenamento de energia no barramento CC, com uma tensão de saída de até 6 kV. Sua vantagem é a possibilidade de utilizar dispositivos de potência com menor resistência à tensão, e todos os IGBTs no braço da ponte em série têm a mesma função, permitindo backup mútuo ou projeto redundante. A desvantagem é o número relativamente baixo de níveis, apenas dois, e a alta taxa de variação da tensão de saída (dV/dt), exigindo o uso de motores especiais ou filtros de onda senoidal de alta tensão, o que aumenta significativamente o custo. Não possui função de operação em quatro quadrantes e requer a instalação de uma unidade de frenagem separada durante a frenagem. Este tipo de conversor de frequência também precisa resolver o problema da equalização da tensão dos dispositivos, o que geralmente exige um projeto especial de circuitos de acionamento e circuitos buffer. Há também requisitos extremamente rigorosos para o atraso dos circuitos de acionamento IGBT. Se os tempos de ativação e desativação do IGBT forem inconsistentes, ou se as inclinações das bordas de subida e descida forem muito diferentes, isso causará danos aos dispositivos de potência.
Existem muitos tipos de inversores de alta tensão, e seus métodos de classificação também são diversos. De acordo com a presença ou não de um componente CC no elo intermediário, eles podem ser divididos em conversores de frequência CA/CA e conversores de frequência CA-CC-CA; de acordo com as propriedades do componente CC, podem ser divididos em conversores de frequência do tipo corrente e do tipo tensão.
Conversor de frequência do tipo atual
Batizado em referência ao uso de componentes indutivos no link CC do conversor de frequência, este sistema tem a vantagem de operar em quatro quadrantes e pode facilmente realizar a frenagem do motor. A desvantagem é a necessidade de comutação forçada da ponte inversora, além da complexidade da estrutura do dispositivo, o que dificulta o ajuste. Ademais, devido ao uso de retificação por deslocamento de fase com tiristores no lado da rede elétrica, os harmônicos da corrente de entrada são relativamente altos, o que pode impactar a rede quando a capacidade for grande.
Conversor de frequência do tipo tensão
Batizado em referência ao uso de componentes capacitivos no barramento CC do conversor de frequência, sua característica principal é a impossibilidade de operar nos quatro quadrantes. Quando o motor da carga precisa ser freado, um circuito de frenagem separado deve ser instalado. Quando a potência é alta, um filtro senoidal precisa ser adicionado à saída.
1. Qual a diferença entre tensão e corrente?
O circuito principal de um conversor de frequência pode ser dividido em duas categorias principais: o tipo de tensão, que converte a corrente contínua (CC) de uma fonte de tensão em corrente alternada (CA), e o filtro do circuito CC é um capacitor; e o tipo de corrente, que converte a corrente contínua (CC) de uma fonte de corrente em corrente alternada (CA), e seu filtro do circuito CC é um indutor.
2. Por que a tensão e a corrente de um conversor de frequência variam proporcionalmente?
O torque de um motor assíncrono é gerado pela interação entre o fluxo magnético do motor e a corrente que flui pelo rotor. Na frequência nominal, se a tensão for constante e apenas a frequência for reduzida, o fluxo magnético será excessivo, o circuito magnético entrará em saturação e, em casos extremos, o motor queimará. Portanto, a frequência e a tensão devem ser alteradas proporcionalmente, ou seja, ao alterar a frequência, a tensão de saída do conversor de frequência deve ser controlada para manter um determinado fluxo magnético no motor e evitar a ocorrência de magnetismo fraco e saturação magnética. Esse método de controle é comumente utilizado em conversores de frequência para economia de energia em ventiladores e bombas.