15 fatos essenciais sobre inversores de frequência (VFD) para engenheiros eletricistas
1. O que é um conversor de frequência?
Um conversor de frequência é um dispositivo de controle que utiliza a comutação de semicondutores de potência para converter energia elétrica na frequência da rede em energia elétrica de outra frequência. Ele pode realizar funções como partida suave de motores assíncronos de corrente alternada, regulação de velocidade por frequência variável, melhoria da precisão operacional, correção do fator de potência e proteção contra sobrecorrente, sobretensão e sobrecarga.
2. Diferenças entre PWM e PAM
PWM significa Modulação por Largura de Pulso, um método de modulação que ajusta a intensidade e a forma de onda da saída alterando a largura do pulso de um trem de pulsos de acordo com uma determinada regra. PAM significa Modulação por Amplitude de Pulso, um método de modulação que ajusta o valor e a forma de onda da saída alterando a amplitude do pulso de um trem de pulsos de acordo com uma determinada regra.
3. Por que a tensão de um conversor de frequência varia proporcionalmente à frequência?
O torque eletromagnético de qualquer motor resulta da interação entre a corrente e o fluxo magnético. A corrente não deve exceder o valor nominal, caso contrário o motor sobreaquecerá. Portanto, se o fluxo magnético diminuir, o torque eletromagnético também diminuirá, levando a uma redução na capacidade de carga.
A partir da fórmula E=4,44*K*F*N*Φ, pode-se observar que, durante o controle de velocidade por frequência variável, o circuito magnético do motor sofre alterações consideráveis com a frequência de operação fX. Isso pode facilmente causar saturação severa do circuito magnético do motor, resultando em distorção acentuada da forma de onda da corrente de excitação e na geração de picos de corrente muito elevados.
Portanto, a frequência e a tensão devem ser alteradas proporcionalmente. Ou seja, ao alterar a frequência, a tensão de saída do conversor de frequência é controlada para manter o fluxo magnético do motor constante e evitar a ocorrência de campo magnético fraco e saturação magnética. Esse método de controle é usado principalmente em conversores de frequência de baixo consumo de energia para ventiladores e bombas.
4. Como o torque do motor se altera quando V e f são alterados proporcionalmente?
Quando a frequência diminui, a tensão é reduzida proporcionalmente. Como a impedância CA diminui enquanto a resistência CC permanece inalterada, o torque produzido em baixas velocidades tende a diminuir. Portanto, em baixas frequências, dada uma relação V/f, a tensão de saída precisa ser ligeiramente aumentada para se obter um determinado torque de partida. Essa compensação é chamada de partida aprimorada. Vários métodos podem ser usados, incluindo métodos automáticos, seleção do modo V/f ou ajuste do potenciômetro.
5. O manual indica uma faixa de velocidade de 60–6Hz (10:1). Isso significa que não há potência de saída abaixo de 6Hz?
A potência ainda pode ser fornecida abaixo de 6 Hz, mas, com base em fatores como o aumento da temperatura do motor e o torque de partida, a frequência mínima de operação é em torno de 6 Hz. Nessa frequência, o motor pode fornecer o torque nominal sem causar problemas graves de superaquecimento. A frequência de saída real (frequência de partida) do inversor varia de 0,5 a 3 Hz, dependendo do modelo.
6. O que significa "open loop"?
Um sistema de controle em malha fechada utiliza um detector de velocidade (PG) para enviar a velocidade real de volta para a unidade de controle. Um sistema que opera sem um PG é chamado de sistema em malha aberta. A maioria dos conversores de frequência de uso geral são de malha aberta, embora alguns modelos ofereçam feedback de PG como opção. O controle em malha fechada sem sensor calcula a velocidade real do motor com base em um modelo matemático e no fluxo magnético, essencialmente utilizando um sensor de velocidade virtual para criar um controle em malha fechada.
7. E se a velocidade real for diferente da velocidade especificada?
Em operação em malha aberta, mesmo que o inversor forneça uma frequência específica, a velocidade do motor variará dentro da faixa de escorregamento nominal (1%–5%) quando o motor estiver sob carga. Para aplicações que exigem alta precisão no controle de velocidade, onde a operação deve ser próxima da velocidade especificada mesmo com variações de carga, pode-se utilizar um inversor com função de realimentação PG (opcional).
8. Se for utilizado um motor com PG, a precisão da velocidade melhorará após o feedback?
Inversores com função de realimentação PG melhoram a precisão. No entanto, o valor da precisão da velocidade depende da precisão do próprio PG e da resolução da frequência de saída do inversor.
9. O que significa função de prevenção de estol?
Se o tempo de aceleração for muito curto, a variação na frequência de saída do inversor excederá em muito a variação na velocidade (frequência angular elétrica), fazendo com que o inversor desligue devido à sobrecorrente e pare de funcionar. Isso é chamado de estol. Para evitar o estol e permitir que o motor continue funcionando, a magnitude da corrente deve ser monitorada para o controle de frequência. Quando a corrente de aceleração for muito alta, a taxa de aceleração deve ser reduzida adequadamente. O mesmo se aplica durante a desaceleração. A combinação dos dois constitui a função de estol.
10. Qual a importância dos modelos em que os tempos de aceleração e desaceleração podem ser definidos separadamente e dos modelos em que os tempos de aceleração e desaceleração podem ser definidos em conjunto?
Os modelos em que a aceleração e a desaceleração podem ser configuradas separadamente são adequados para aplicações que exigem aceleração de curta duração e desaceleração lenta, ou para pequenas máquinas-ferramenta onde é necessário um tempo de ciclo de produção rigoroso. No entanto, para aplicações como acionamentos de ventiladores, em que os tempos de aceleração e desaceleração são mais longos, ambos os tempos podem ser configurados simultaneamente.
11. Quais são as funções de proteção de um conversor de frequência?
As funções de proteção podem ser divididas nas seguintes duas categorias:
(1) Correção automática de condições anormais, como prevenção de estol por sobrecorrente e prevenção de estol por sobretensão regenerativa.
(2) Bloqueio do sinal de controle PWM do dispositivo semicondutor de potência após a detecção de uma anormalidade, fazendo com que o motor pare automaticamente. Exemplos incluem corte por sobrecorrente, corte por sobretensão regenerativa, superaquecimento do ventilador de resfriamento do semicondutor e proteção contra queda instantânea de energia.
12. Por que as funções de proteção do conversor de frequência são ativadas quando a carga é conectada usando uma embreagem?
Quando uma embreagem é usada para conectar uma carga, no momento da conexão, o motor passa drasticamente de um estado sem carga para uma região com alto escorregamento. A grande corrente que flui através dele faz com que o inversor desligue devido à sobrecorrente e fique impossibilitado de operar.
13. Por que o inversor para de funcionar quando grandes motores da mesma fábrica são ligados simultaneamente?
Quando um motor é ligado, uma corrente de partida correspondente à sua capacidade flui. Isso causa uma queda de tensão no transformador do lado do estator do motor. Essa queda de tensão tem um impacto maior quando a capacidade do motor é grande. Inversores conectados ao mesmo transformador farão uma avaliação de subtensão ou desligamento momentâneo, acionando, às vezes, a função de proteção (IPE) e causando a parada do motor.
14. É possível conectar um motor diretamente a um inversor de frequência fixa sem usar partida suave?
É possível em frequências muito baixas. No entanto, se a frequência for alta, as condições são semelhantes à partida direta a partir de uma fonte de alimentação da rede elétrica. Uma grande corrente de partida (6 a 7 vezes a corrente nominal) irá fluir e, como o inversor corta a sobrecorrente, o motor não poderá dar partida.
15. Um conversor de frequência pode ser usado para acionar um motor monofásico? Ele pode usar uma fonte de alimentação monofásica?
Geralmente, não. Para motores monofásicos com partida por comutador de velocidade, o enrolamento auxiliar queimará se operar abaixo do ponto de operação; para motores com partida ou funcionamento por capacitor, isso provocará a explosão do capacitor. Os conversores de frequência são geralmente trifásicos, mas alguns modelos de pequena capacidade podem operar com alimentação monofásica.
