Os fornecedores de dispositivos de realimentação de energia para inversores lembram que, com o desenvolvimento contínuo da ciência e da tecnologia, a conservação de energia elétrica tem recebido cada vez mais atenção. Os pontos fracos dos acionamentos CC tradicionais começam a mostrar sinais de não atender às exigências da atualidade. O comutador, por exemplo, limita a manutenção e o uso dos motores CC. Assim, iniciou-se o estudo da aplicação da tecnologia de regulação de velocidade CA (corrente alternada). Foi somente na década de 1970 que o rápido desenvolvimento da tecnologia eletrônica, especialmente a tecnologia de controle e a microeletrônica, gradualmente substituiu a regulação de velocidade CC pela regulação de velocidade CA. Como resultado, surgiram os conversores de frequência.
1. Em relação ao conversor de frequência
Inicialmente, a função dos conversores de frequência era a regulação de velocidade, mas com o desenvolvimento da tecnologia, a aplicação atual desses conversores na China concentra-se principalmente na conservação de energia, enfatizando seu papel na economia de energia no setor elétrico. Nosso país enfrenta escassez de energia e, devido a problemas tecnológicos, a taxa de utilização de energia não é alta. A eletricidade, em particular, é extremamente escassa como fonte de energia limpa. No enorme consumo de eletricidade, a energia em modo de economia representa apenas uma pequena parcela do consumo total. No entanto, existe um grande número de motores com potencial para economia de energia na China, e as aplicações voltadas para a economia de energia têm amplas perspectivas e representam uma tendência muito necessária, o que também impulsiona, em certa medida, o desenvolvimento da tecnologia de frequência variável.
2. Em relação aos harmônicos
As ondas de frequência representam o maior problema durante a operação de conversores de frequência. O desenvolvimento da tecnologia eletrônica permitiu que conversores de frequência comuns implementassem funções de filtragem por meio de projetos de software e hardware adequados. Após o processamento, é possível prevenir e filtrar eficazmente a grande maioria dos harmônicos de alta ordem, garantindo que os produtos eletrônicos estejam em conformidade com a compatibilidade eletromagnética (EMC). No entanto, alguns equipamentos eletrônicos, instrumentos, etc., de determinadas empresas, são relativamente antigos, sendo, portanto, particularmente sensíveis a certos harmônicos de alta ordem e apresentando problemas de funcionamento quando utilizados com conversores de frequência. A principal razão para essa situação é que os componentes não lineares das partes retificadora e inversora do conversor de frequência causam alterações na alimentação, levando a interferências harmônicas e afetando a eficiência da conversão de frequência. A principal solução é utilizar cabos blindados na saída, e o aterramento em uma das extremidades pode prevenir eficazmente a interferência. A adição de filtros nas seções de entrada e saída pode reduzir significativamente a amplitude dos harmônicos de baixa ordem e gerar economia de energia por meio da filtragem desses harmônicos. Para o controle de sinais, especialmente para sinais analógicos, geralmente são utilizados cabos blindados de par trançado com aterramento em uma das extremidades, o que previne eficazmente interferências externas. O método de controle SPWM atualmente utilizado em conversores de frequência tem um efeito positivo na regulação de componentes harmônicos e no controle de fatores de distorção. Portanto, a capacidade de supressão de interferências harmônicas dos conversores de frequência PWM, em comparação com os conversores de frequência com controle SPWM, apresenta uma diferença significativa.
3. Aplicação de conversores de frequência na produção industrial
3.1 Aplicação do conversor de frequência em cargas de bombas de máquinas e equipamentos industriais
A razão pela qual os conversores de frequência são amplamente utilizados em cargas de bombas em máquinas e equipamentos industriais reside na sua poderosa tecnologia de regulação de velocidade. Essa tecnologia utiliza a frequência do estator do motor para alterar a sua velocidade, modificando as condições de operação das bombas e tornando o equipamento original mais adequado às exigências da produção. Em caso de variação significativa na carga de equipamentos mecânicos e bombas na produção industrial, o controle da saída por meio de conversores de frequência permite que a carga da bomba se adapte às condições do processo produtivo, alcançando a melhor eficiência energética, melhorando o nível de produção, acelerando o processo de automação industrial, prolongando a vida útil do equipamento, aprimorando a qualidade do produto, aumentando a eficiência da produção e possibilitando que as empresas obtenham maiores benefícios econômicos.
3.2 Aplicação do conversor de frequência na carga do ventilador de máquinas de produção industrial
Os ventiladores são usados principalmente em sistemas de refrigeração, caldeiras, sistemas de secagem e exaustão na produção industrial. No processo produtivo, controlamos fatores como o volume e a temperatura do ar, que afetam a produção, a fim de alcançar condições ideais para a tecnologia de produção e o ambiente de trabalho. Anteriormente, o método de controle mais comum era ajustar o grau de abertura e fechamento da saída de ar e do defletor. A desvantagem desse método é que, independentemente do processo produtivo e das condições de trabalho, o ventilador opera sempre em velocidade constante, o que não permite atender com precisão às condições do processo e da operação, desperdiçando energia, consumindo equipamentos e materiais, reduzindo os lucros da produção e diminuindo a vida útil do equipamento. Por exemplo, fábricas de fibras químicas, siderúrgicas, fábricas de cimento, etc., utilizam ventiladores. Se ajustarmos a saída de ar para alterar o volume de ar, o motor operará sempre em plena carga, mas a abertura do defletor de ar ficará entre 50% e 80%, o que seria um desperdício. A tecnologia de conversor de frequência é utilizada na carga do ventilador, e seu desempenho de regulação de velocidade contínua pode expandir a faixa de velocidade do ventilador, tornando-o mais confiável, fácil de programar e permitindo alcançar altas condições para processos de produção e condições de trabalho.
3.3 Aplicação de conversores de frequência na conservação de energia e redução do consumo
Em locais onde a carga do motor é geralmente constante, como em fábricas têxteis e siderúrgicas, o motor normalmente opera com uma determinada potência, e o desempenho do conversor de frequência é difícil de ser substituído por outros equipamentos, como aceleração e desaceleração suaves, controle preciso de torque e boa estabilidade de operação, o que o torna bastante útil. Nessas fábricas, os conversores de frequência não apenas não economizam energia, como, pelo contrário, devido ao seu alto custo e consumo energético, encarecem todo o sistema e aumentam o consumo de energia. Por outro lado, em aplicações como ventiladores e bombas, as características de economia de energia e redução do consumo tornam-se muito importantes. Nessas aplicações, a carga de corrente varia frequentemente. Se vários motores forem usados em paralelo, certamente aumentará os custos do equipamento. Se o método de regulação de velocidade anterior for utilizado, também não será favorável ao objetivo da automação da produção. Nesse caso, alguns fabricantes desenvolveram conversores de frequência especializados para essa aplicação. Esse tipo de conversor de frequência não possui as características de regulação de velocidade e controle de torque de alta precisão, portanto, seu custo de produção também é muito baixo.
4. Seleção do conversor de frequência
Devido ao desenvolvimento da tecnologia de conversão de frequência, existem atualmente inúmeras marcas e modelos de conversores de frequência no mercado. Os principais métodos de controle incluem: método de controle de pressão plana, ou seja, tecnologia U/F=K; método de controle vetorial, também conhecido como tecnologia VECTOR; tecnologia de controle direto de torque (DTC), etc. As empresas podem escolher conversores de frequência de acordo com sua situação específica para atender aos requisitos de controle de diversos equipamentos, especialmente na aplicação de conversores de frequência em equipamentos mecânicos com cargas de torque variável, o que pode proporcionar melhores resultados em termos de economia de energia. Em relação à seleção da capacidade dos conversores de frequência, a escolha deve ser feita com base na corrente real da carga. Também é possível optar por um conversor de frequência com PID integrado para controle configurável, de acordo com as necessidades reais. Atualmente, muitos conversores de frequência no mercado possuem interfaces de barramento e, no processo de produção, atuam como nós da rede para se conectar com outros dispositivos de comunicação, o que pode melhorar efetivamente a eficiência e alcançar economia de energia, além de promover uma tendência positiva de maior precisão e inteligência de controle. A tecnologia Fieldbus é atualmente uma tecnologia de automação avançada que integra tecnologia de controle por computador, tecnologia de comunicação e tecnologia de princípios de controle automático. Portanto, é possível realizar a transmissão multifuncional de múltiplos parâmetros de sinal em um par de fios e fornecer energia para vários dispositivos, o que não só economiza eletricidade, mas também reduz custos.
As características de economia de energia dos conversores de frequência têm atraído grande atenção da sociedade e sido aplicadas em diversos campos. O conversor de frequência comercializado é usado principalmente para regular a velocidade de motores CA e atualmente é a solução de controle de velocidade mais ideal e promissora nesse campo de aplicação. Mais importante ainda, os conversores de frequência têm efeitos de economia de energia, e a conservação de energia é uma questão que deve ser levada a sério no desenvolvimento industrial e no consumo de energia, sendo uma garantia necessária para alcançar o desenvolvimento sustentável das empresas. Devido ao seu efeito de economia de energia e à tecnologia de controle de velocidade, os conversores de frequência se tornaram um equipamento de automação popular e, portanto, têm sido desenvolvidos e aplicados rapidamente. As perspectivas futuras dos conversores de frequência são muito promissoras e podem ser aplicados em uma gama mais ampla de campos, desempenhando um papel maior na redução do consumo de energia e no aumento da eficiência das empresas. A aplicação de conversores de frequência tem uma perspectiva de desenvolvimento muito ampla.