Por que CC é usada em VFD?

Aplicações industriais e comerciais modernas necessitam de inversores de frequência (VFDs) para gerenciar com precisão e eficiência a velocidade e o torque de motores elétricos. Um VFD realiza essa função ajustando a frequência e a tensão da corrente alternada (CA) do motor. Curiosamente, os VFDs utilizam corrente contínua (CC) para converter a eletricidade enquanto controlam motores CA.

Se os inversores de frequência (VFDs) são projetados para alimentar motores CA, por que usar CC? A estrutura dos VFDs e os mecanismos de conversão, controle e fornecimento de energia oferecem a solução. Aqui está a explicação técnica e as vantagens do projeto.

Aprendendo o básico da operação de inversores de frequência

Para entender por que a corrente contínua (CC) é utilizada em inversores de frequência (VFDs), é preciso compreender seu funcionamento básico. Os VFDs normalmente possuem três estágios:

• Estágio de correção
• Circuito intermediário ou link CC
• Estágio de inversão

A retificação começa quando a corrente alternada (CA) da fonte principal entra em um inversor de frequência (VFD). Diodos ou tiristores controlados são usados como retificadores para converter a energia CA em tensão CC.

A tensão CC não é estável, portanto, é enviada através de um barramento CC (link CC) que utiliza capacitores e indutores para filtrá-la e estabilizá-la. A tensão CC estabilizada é então enviada para um inversor que utiliza transistores ou IGBTs para transformá-la novamente em corrente alternada (CA) de frequência variável para acionar o motor.

Função de conversão de energia CC

A corrente contínua (CC) é necessária para a conversão de energia em um inversor de frequência (VFD). Geralmente, a CC é empregada no estágio intermediário porque oferece uma fonte de tensão estável e regulada que permite ao estágio inversor moldar corretamente a saída de corrente alternada (CA).

Ao converter corrente alternada (CA) em corrente contínua (CC) e vice-versa, o inversor de frequência (VFD) consegue gerenciar melhor a tensão e a frequência. A conversão direta de CA para CA de frequência variável seria mais complexa e imprecisa.

Melhor controle e precisão

As vantagens técnicas da corrente contínua (CC) em sistemas de inversores de frequência (VFD) incluem o aumento do controle do motor e do desempenho do sistema.

Primeiramente, ele controla a velocidade e o torque do motor com precisão. O inversor pode gerar diversas frequências, pois reconstrói a forma de onda CA a partir da CC usando Modulação por Largura de Pulso (PWM). Velocidades variáveis do motor são necessárias para esteiras transportadoras, ventiladores, bombas e elevadores.

Em segundo lugar, o estágio CC permite que o inversor de frequência reaja rapidamente às mudanças de carga. Para garantir a estabilidade, o inversor de frequência pode alterar a frequência e a tensão de saída em tempo real à medida que a carga do motor aumenta. Essas modificações seriam mais lentas e menos precisas sem a conexão CC.

Em terceiro lugar, os barramentos CC melhoram a frenagem e a regeneração. Em muitas aplicações industriais, os motores precisam desacelerar rapidamente. A energia de desaceleração pode ser armazenada na conexão CC ou dissipada por meio de resistores de frenagem. A rede elétrica pode receber essa energia através de inversores de frequência regenerativos.

Qualidade e eficiência energética aprimoradas

Eficiência e qualidade de energia são outros motivos pelos quais os VFDs utilizam corrente contínua (CC). O link CC fornece energia consistente e sem ondulações ao inversor após a retificação, garantindo uma forma de onda de saída de alta qualidade. Formas de onda mais limpas minimizam a temperatura do motor, as perdas e o desgaste do sistema.

Os inversores de frequência avançados empregam circuitos integrados ativos (AFEs) para suavizar e gerenciar a tensão CC e reduzir os harmônicos. Isso melhora o fator de potência e reduz o ruído do sistema.

Segurança e proteção

Os estágios CC aumentam a segurança do inversor de frequência. Como um buffer entre a entrada e a saída, o barramento CC isola o motor e o inversor contra surtos e falhas. O inversor de frequência pode detectar imediatamente sobrecargas e curtos-circuitos e interromper a alimentação antes que ocorram danos.

Os diagnósticos geralmente incluem o monitoramento da tensão do barramento CC. Anormalidades na tensão CC podem indicar problemas na fonte de alimentação de entrada, no retificador ou nos capacitores, permitindo que as equipes de manutenção encontrem e corrijam os problemas antes que se agravem.

Conclusão

A corrente contínua (CC) é essencial para a capacidade dos inversores de frequência (VFDs) de regular motores de corrente alternada (CA). Os VFDs proporcionam desempenho preciso, econômico e adaptável do motor, convertendo CA em CC e vice-versa.