Os fornecedores de unidades de feedback de energia lembram que a história da aplicação de conversores de frequência na China já dura mais de 30 anos. Com o progresso contínuo da tecnologia, o escopo de aplicação dos conversores de frequência também começou a abranger múltiplos campos, e o tamanho do mercado se expande ano a ano. Atualmente, existem mais de 140 marcas nacionais e estrangeiras de conversores de frequência, e novos fabricantes e distribuidores de conversores de frequência também estão espalhados por todo o país. Embora ainda exista uma certa diferença de desempenho entre os conversores de frequência nacionais e importados, com o rápido desenvolvimento da ciência e da tecnologia na China, essa diferença não é intransponível. Ao mesmo tempo, beneficiando-se da integridade da cadeia industrial nacional, há um grande potencial para a eficiência de produção e redução do custo de fabricação dos conversores de frequência nacionais.
O sistema de acionamento de frequência variável é composto por um conversor de frequência, que atinge ou supera o desempenho de um sistema de controle de velocidade CC. O conversor de frequência apresenta as vantagens de tamanho reduzido, baixo ruído, baixo custo e fácil manutenção dos motores assíncronos, simplificando consideravelmente o processo de produção e reduzindo os custos iniciais de investimento. De modo geral, o uso adequado de conversores de frequência pode melhorar a produtividade da mão de obra, a qualidade do produto e a automação dos equipamentos, além de economizar energia e reduzir os custos de produção.
1. Classificação, princípio de funcionamento e estrutura dos conversores de frequência de baixa tensão
1. Classificação de conversores de frequência de baixa tensão
Existem diferentes padrões para classificar conversores de frequência. Os inversores de frequência podem ser divididos em inversores de frequência gerais e inversores de frequência especiais. De acordo com o princípio de funcionamento, os conversores de frequência podem ser divididos em conversores de frequência CA-CA e conversores de frequência CA-CC-CA, sendo que os conversores de frequência CA-CC-CA podem ser subdivididos em conversores de frequência de corrente e de tensão, de acordo com o modo de operação do circuito principal. Além disso, considerando a direção do desenvolvimento da tecnologia de conversores de frequência, eles podem ser divididos em conversores de frequência VVVF, conversores de frequência vetoriais, conversores de frequência com controle direto de torque, entre outros.
2. Conversor de frequência de baixa tensão com princípio de funcionamento
De modo geral, os conversores de frequência adotam um modo de operação de cruzamento direto. Em termos relativos, os conversores de frequência de baixa tensão são amplamente utilizados devido à sua tecnologia consolidada, baixo custo e facilidade de manutenção. O princípio de funcionamento de um conversor de frequência consiste simplesmente em converter a energia CA em energia elétrica com frequência ajustável. De acordo com a fórmula da velocidade síncrona N = 60f/p para motores CA (onde N é a velocidade síncrona do motor, f é a frequência da rede elétrica e p é o número de polos do motor), a velocidade do motor CA pode ser alterada variando-se a frequência. O conversor de frequência é desenvolvido com base nesse princípio.
3. Estrutura do conversor de frequência de baixa tensão
Composição do circuito principal do conversor de frequência:
Tipo de tensão: A energia da tensão é convertida de CC para CA por um conversor de frequência, e o filtro do circuito é um capacitor.
Tipo de corrente: A fonte de alimentação atual converte a frequência de CC para CA, e o filtro do circuito é um indutor.
O conversor de frequência é composto principalmente pelas seguintes quatro partes:
(1) Retificadores: Atualmente, os conversores de diodo são amplamente utilizados, podendo converter a frequência da rede elétrica em energia CC e também formar conversores reversíveis. Como a direção da energia é reversível, ele pode regenerar e operar.
(2) Circuito de onda plana: A tensão CC retificada pelo retificador apresenta uma tensão pulsante, cuja frequência é 6 vezes maior que a da fonte de alimentação. Para suprimir as flutuações de tensão, são necessários capacitores e indutores para absorver a tensão (ou seja, a corrente) pulsante. Quando a capacitância do dispositivo é pequena, se houver capacitância excedente, um circuito de suavização pode ser usado diretamente.
(3) Inversor: O inversor converte a energia CC em energia CA, obtendo assim uma saída trifásica dentro de um tempo fixo.
(4) Circuito de controle: Fornece circuito de controle de sinal para o circuito principal da fonte de alimentação do motor assíncrono. Inclui circuito de operação de tensão e frequência, circuito de detecção de corrente e tensão do circuito principal, circuito de detecção de velocidade do motor, circuito de acionamento do circuito operacional que pode amplificar os sinais de controle, circuito de proteção do motor e do inversor.
2. Seleção de tipos de inversores de baixa tensão
1. Visão geral da seleção do tipo de inversor de baixa tensão
Atualmente, a maioria dos usuários escolhe com base nas instruções ou no manual de seleção fornecido pelo fabricante do inversor. Geralmente, o fabricante do conversor de frequência informa a corrente nominal do conversor, que deve ser compatível com a potência e capacidade nominais do motor. Os parâmetros dos motores disponíveis são todos fornecidos pelo fabricante com base em especificações do fabricante ou em normas nacionais, e não refletem com precisão a capacidade de carga do conversor de frequência. Portanto, ao escolher um conversor de frequência, deve-se considerar o princípio de que a corrente nominal do motor não deve exceder a corrente nominal do conversor. Além disso, ao escolher um conversor de frequência, é importante compreender as condições de operação e os parâmetros relevantes do motor, atentando-se também ao tipo e às características de funcionamento do mesmo.
(1) Seleção da corrente nominal do conversor de frequência. De acordo com as especificações do projeto, para garantir a operação segura e confiável do conversor de frequência, a corrente nominal do conversor deve ser maior que a corrente nominal da carga (motor), especialmente para motores com características de carga que variam frequentemente. De acordo com a experiência, a corrente nominal de um conversor de frequência é mais de 1,05 vezes a corrente nominal de um motor.
(2) Seleção da tensão nominal para conversores de frequência. A tensão nominal do conversor de frequência é selecionada com base na tensão do barramento do lado de entrada do conversor de frequência. Em princípio, a tensão nominal do conversor de frequência deve ser consistente com a tensão de entrada. Se a tensão de entrada for muito alta, o conversor de frequência [3] será danificado.
2. Precauções para a seleção de conversores de frequência de baixa tensão
(1) Combine o tipo de carga com o conversor de frequência.
A carga da indústria petroquímica é composta principalmente por bombas e ventiladores. As bombas dividem-se em bombas de água, bombas de óleo, bombas de aditivos, bombas dosadoras, bombas de elevação, bombas de mistura e bombas de lavagem. Entre elas, as bombas de elevação, as bombas de mistura e as bombas de lavagem são geralmente consideradas de alta potência, enquanto as demais são cargas convencionais. Os ventiladores dividem-se em ventiladores refrigerados a ar, ventiladores de tiragem induzida por caldeira, ventiladores axiais, compressores de ar, etc. Quando o ventilador refrigerado a ar e o ventilador de tiragem induzida por caldeira são acionados, ambos representam cargas elevadas, sendo geralmente considerados cargas pesadas, enquanto os demais são cargas convencionais. Ao escolher um conversor de frequência, a seleção deve basear-se nas características da carga. Se o tipo de carga não for claro ou puder variar sob diferentes condições de processo, recomenda-se escolher um conversor de frequência com base na carga elevada para evitar incompatibilidades na seleção.
(2) As condições ambientais afetam o conversor de frequência.
Geralmente, os conversores de frequência requerem temperaturas e umidade ambiente mais elevadas. Quando a temperatura ambiente estiver abaixo de 30 graus Celsius, a umidade relativa abaixo de 80% e a altitude abaixo de 100 metros, o conversor de frequência opera com segurança na corrente nominal. Se a temperatura ambiente exceder 40 °C, a capacidade e a corrente reais do conversor de frequência diminuirão gradualmente com o aumento da temperatura ambiente. Se a umidade relativa do ambiente exceder 90%, pode ocorrer condensação, causando curtos-circuitos nos componentes internos do conversor de frequência. Se a altitude exceder 100 metros, a potência de saída do conversor de frequência diminuirá. Além disso, deve-se evitar o uso de conversores de frequência em ambientes empoeirados.
(3) Seleção de componentes opcionais para conversores de frequência.
A seleção inadequada de componentes opcionais para conversores de frequência pode levar a uma alta taxa de falhas, concentrada principalmente na seleção de filtros e reatores.
3. Aplicação prática do conversor de frequência de baixa tensão
1. Conexão primária do conversor de frequência de baixa tensão
Devido ao impacto significativo da posição de instalação dos contatores, filtros e reatores no circuito primário do conversor de frequência, a análise a seguir se concentrará nesses três dispositivos.
(1) Contator
Existem dois métodos principais de conexão para contatores: instalação na parte traseira do inversor e instalação na parte frontal. O contator instalado na parte traseira do inversor tem a vantagem de evitar impactos frequentes no inversor quando o motor é ligado várias vezes. A desvantagem é o maior tempo de carga do conversor de frequência e a consequente perda de energia. Já o contator instalado na parte frontal do inversor tem a vantagem de cortar completamente a energia quando o motor está em modo de espera, sem perda de potência. A desvantagem é que as partidas frequentes do motor causam choques de carga frequentes no conversor de frequência, afetando a vida útil de seus componentes.
Em resumo, se o motor liga com pouca frequência, o contator pode ser instalado nas partes frontal e traseira do inversor, sendo mais adequado a instalação na parte traseira. Se o motor liga com frequência, recomenda-se a instalação do contator na parte traseira do inversor.
(2) Filtro
O filtro de entrada é usado principalmente para filtrar a rede elétrica, suprimir os efeitos harmônicos da rede sobre o conversor de frequência e impedir que os harmônicos gerados pela retificação do conversor de frequência retornem à rede elétrica; o filtro de saída otimiza o conversor de frequência, filtra os harmônicos e torna a forma de onda de saída mais senoidal.
(3) Reator
O reator de entrada pode suprimir harmônicos no lado da rede e proteger a ponte retificadora; quando o cabo de saída do conversor de frequência exceder o comprimento especificado (geralmente permitindo um comprimento de cabo de 250 m), um reator de saída deverá ser selecionado.
2. Ambiente de instalação para conversor de frequência de baixa tensão
Experimentos demonstraram que a taxa de falhas de conversores de frequência aumenta significativamente em ambientes agressivos, especialmente quando sensíveis à temperatura, umidade e poeira. Portanto, ao escolher um ambiente de instalação, é necessário optar por um local com temperatura e umidade controláveis e baixa concentração de poeira.
(1) Temperatura ambiental
Na prática, constatou-se que os conversores de frequência são adequados para operar em ambientes com temperaturas iguais ou inferiores a 35 graus Celsius; caso contrário, quanto maior a temperatura, menor a capacidade de carga do conversor de frequência.
(2) Umidade ambiental
Quando a umidade ambiente está alta, o inversor fica propenso à condensação interna, o que pode facilmente causar curtos-circuitos. Portanto, é essencial controlar a umidade do ambiente em relação ao conversor de frequência.
(3) Ambiente de poeira
Os conversores de frequência devem ser usados em ambientes empoeirados sempre que possível, pois o acúmulo de poeira pode causar curtos-circuitos e danos aos componentes eletrônicos do conversor.
4. Problemas comuns e soluções para conversores de frequência de baixa tensão
1. Não foi possível iniciar
Motivo: É causado pela inércia rotacional ou torque excessivo da carga.
Solução: Aumente a frequência e o torque de partida adequadamente e verifique as configurações de proteção.
2. Disparo por sobretensão
Motivo: Causado por alta tensão de alimentação ou tempo de descida curto.
Solução: Verifique se o status de execução está normal.
3. Sobrecarga
Motivo: A capacidade de sobrecarga do inversor de baixa tensão é relativamente baixa ou as configurações dos parâmetros do motor são inadequadas.
Solução: Verifique o circuito interno de detecção de corrente e as configurações de parâmetros do conversor de frequência.