O fornecedor de equipamentos de suporte para conversores de frequência alerta que, em sistemas de controle de velocidade por conversão de frequência, o método básico de redução de velocidade consiste em diminuir gradualmente a frequência. Quando a inércia do sistema de arrasto é grande, a redução na velocidade do motor não acompanha a redução na velocidade síncrona do motor, ou seja, a velocidade real do motor é maior que sua velocidade síncrona. Nesse momento, a direção das linhas do campo magnético cortadas pelo enrolamento do rotor do motor é exatamente oposta à direção de operação em velocidade constante do motor. A direção da força eletromotriz induzida e da corrente no enrolamento do rotor também é oposta à direção de rotação do motor, fazendo com que o motor produza torque negativo. Nesse momento, o motor se comporta como um gerador e o sistema entra em estado de frenagem regenerativa. A energia cinética do sistema de arrasto é realimentada para o barramento CC do conversor de frequência, fazendo com que a tensão do barramento CC aumente continuamente e possa atingir um nível perigoso (como danificar o conversor de frequência).
1. Visão geral da unidade de frenagem
A unidade de frenagem, também conhecida como "unidade de frenagem de consumo específico de energia do conversor de frequência" ou "unidade de realimentação de energia específica do conversor de frequência", é usada principalmente para controlar situações com cargas mecânicas pesadas e requisitos de velocidade de frenagem muito rápidas. Ela consome a energia elétrica regenerada gerada pelo motor através do resistor de frenagem ou realimenta a energia elétrica regenerada para a fonte de alimentação.
2. A função da unidade de frenagem
Quando o motor elétrico para bruscamente, ele envia energia de volta para o conversor de frequência, causando um aumento na tensão do barramento CC e podendo até danificar o IGBT. Portanto, é necessário um dispositivo de frenagem para absorver essa energia e proteger o conversor de frequência.
3. Método de frenagem do conversor de frequência
1. Frenagem de potência.
Refere-se ao método de utilização do resistor de frenagem no circuito CC para absorver a energia regenerativa do motor.
2. Frenagem com feedback.
Visando principalmente conversores de frequência do tipo corrente ou conversores de frequência do tipo tensão com inversores instalados na seção de retificação, a energia regenerativa do motor é devolvida à rede elétrica CA.
3. Acionamento com múltiplos inversores e barramento CC compartilhado.
A energia regenerativa do motor A é realimentada ao barramento CC comum e, em seguida, consumida pelo motor B. O acionamento com múltiplos inversores e barramento CC compartilhado pode ser dividido em dois tipos: barramento CC balanceado compartilhado e barramento CC de circuito compartilhado. O método de barramento CC balanceado compartilhado utiliza módulos de conexão para interligar o barramento CC de circuito. O módulo de conexão inclui reatores, fusíveis e contatores, que devem ser projetados separadamente de acordo com as circunstâncias específicas. Cada conversor de frequência possui relativa independência e pode ser conectado ou desconectado do barramento CC conforme necessário. O método de barramento CC de circuito compartilhado consiste em conectar apenas a parte do inversor a um barramento CC comum.
4. Frenagem CC.
Quando o conversor de frequência aplica corrente contínua ao estator do motor, o motor assíncrono entra em estado de frenagem com consumo de energia. Nesse caso, a frequência de saída do conversor de frequência é zero e o campo magnético do estator do motor para de girar. O rotor em rotação atravessa esse campo magnético estático e gera torque de frenagem. A energia cinética armazenada no sistema rotativo é convertida em energia elétrica e consumida no circuito do rotor do motor elétrico.
4. A função do resistor de frenagem
Durante o processo de redução da frequência de operação, o motor elétrico entra em estado de frenagem regenerativa, e a energia cinética do sistema de acionamento é realimentada ao circuito CC, fazendo com que a tensão CC UD aumente continuamente e possa atingir níveis perigosos. Portanto, é necessário consumir a energia regenerada no circuito CC para manter UD dentro da faixa permitida. O resistor de frenagem é utilizado para absorver essa energia.
Cada conversor de frequência possui uma unidade de frenagem (a de baixa potência é o resistor de frenagem, a de alta potência é o transistor de alta potência GTR e seu circuito de acionamento), sendo a de baixa potência integrada e a de alta potência externa.
5. Processo de frenagem da unidade de frenagem e resistor de frenagem
1. Quando o motor elétrico desacelera sob a ação de uma força externa, ele opera em estado de geração, produzindo energia regenerativa. A força eletromotriz CA trifásica gerada por ele é retificada por uma ponte retificada trifásica totalmente controlada, composta por seis diodos de roda livre, na seção inversora do conversor de frequência, o que aumenta continuamente a tensão do barramento CC dentro do conversor de frequência.
2. Quando a tensão CC atinge um determinado valor (a tensão de partida da unidade de frenagem), o interruptor de potência da unidade de frenagem se abre e a corrente flui através do resistor de frenagem.
3. O resistor de frenagem libera calor, absorve energia regenerativa, reduz a velocidade do motor e diminui a tensão do barramento CC do conversor de frequência.
4. Quando a tensão do barramento CC cai para um determinado valor (tensão de parada da unidade de frenagem), o transistor de potência da unidade de frenagem é desligado. Nesse momento, nenhuma corrente de frenagem flui pelo resistor, e o resistor de frenagem dissipa calor naturalmente, reduzindo sua própria temperatura.
5. Quando a tensão do barramento CC subir novamente para ativar a unidade de frenagem, esta repetirá o processo acima para equilibrar a tensão do barramento e garantir o funcionamento normal do sistema.