Esquemáticos VFD Explicados: Diagramas de Circuito, Tipos e Construção de Drive de Frequência Variável

Todo entusiasta de eletrônica já se deparou com o termo VFD. VFD é a abreviação para Variable Frequency Drive (Drive de Frequência Variável), também chamado de Variable Speed Drives (Drives de Velocidade Variável) e Inversores. Seu uso principal é gerenciar a velocidade de um motor CA. Simplificando, são controladores de motor que regulam a frequência e tensão fornecidas ao motor elétrico, baseados em seus requisitos específicos. Geralmente, os três componentes principais de um esquemático VFD são o retificador, o link CC e um inversor.

Aqui, exploramos o conceito dos circuitos ponte VFD, as diferentes seções, tipos de VFD e suas vantagens e desvantagens.

Um Pequeno Drive de Frequência Variável

1. O que é o Circuito VFD e Como Opera?

Como mencionado acima, o Drive de Frequência Variável faz uma especificação de motor CA funcionar em velocidades variáveis. Você deve notar que o motor CA alterna sua velocidade alterando a frequência da tensão usada para executá-lo. Isso implica que quando você aplica uma tensão de 50Hz a um motor CA, o motor opera em velocidade nominal. No entanto, se a frequência da tensão de entrada que você usa excede 50 Hz, o motor funciona mais rápido que a velocidade nominal. Mas se a frequência da tensão que você forneceu é menor que 50 Hz, o motor opera lentamente.

De acordo com o princípio de funcionamento do VFD, o controlador eletrônico altera a frequência da tensão enviada ao motor de indução. Com a invenção de um microprocessador avançado, o VFD opera como um dispositivo mutável que controla a velocidade do motor e o protege contra sobrecorrente durante condições de partida e desaceleração.

O circuito de drive de frequência variável garante que excesso de corrente do motor quando operando, o que ajuda a manter custos de utilidade baixos. Atualmente, você notará que o esquemático VFD é um tipo popular de transistor de saída usado para sistema de controle. Este dispositivo elétrico que transforma a frequência da fonte de alimentação CA, o circuito VFD, compreende três partes. Estas partes são um retificador de ponte de onda completa, link CC e um inversor.

(O princípio de funcionamento de um Circuito de Frequência Variável)

Diagrama de Blocos Básico de um VFD Trifásico

Três seções significativas constituem o diagrama de blocos de um VFD. Estas seções incluem

• A área de conversão de potência.
• A seção de controle do microprocessador responsável pelo controle das operações do VFD.
• A seção de consumo de potência converte a tensão CA em CC. Também, converte a CC de volta para uma tensão trifásica.

(Um Drive de Frequência Variável Trifásico)

O circuito VFD consiste de três partes

Retificador

Regula a energia CA trifásica de entrada e a transforma em CC. VFDs monofásicos de baixa potência possuem circuitos retificadores monofásicos usando diodos. Ainda, VFDs trifásicos têm circuitos retificadores trifásicos usando SCRs porque SCR é favorável para altas tensões positivas e aplicações de alta potência.

Circuito intermediário CC / Filtro CC

O circuito CC fornece uma tensão CC suave e melhorada. Também, é rotulado como DC-Link ou Barramento CC que compreende alguns capacitores e indutores. Nesta seção do circuito astável VFD, segmentos de ripple dos pinos de saída na alimentação CC são eliminados.

Inversor

Um inversor auxilia em ligar e desligar a CC, o que faz o motor adquirir uma tensão pulsante similar à CA. A taxa de alternância é controlada para alterar a frequência da CA simulada aplicada ao motor. É vital, pois o funcionamento principal de um Circuito VFD depende desta seção, e o VFD usa um circuito inversor de controle total. Em resumo, com o circuito inversor controlado, a forma de onda da alimentação CA de saída permite que o motor opere.

2. Diferentes Tipos de VFD

Três tipos principais de VFD são VSI, CSI, e PWM.

O VSI

Entre estes três, o VSI (inversor de fonte de tensão) é o mais comum dos tipos. A operação de um VSI requer a conversão de sinal CA em CC por uma ponte de diodo simples e um capacitor para reservar energia. O inversor então utiliza a energia reservada para comutar controle e dar a saída desejada. Indubitavelmente, o uso do VSI vem com vantagens e desvantagens.

(Um Circuito Inversor de Fonte de Tensão Trifásico (VSI))

Vantagens

• A produção e instalação do VSI são custo-efetivas.
• Além disso, utiliza múltiplas instalações de controle de motor que podem conectar com o único tipo VSI VFD.
• Possui boa faixa de velocidade.
• O projeto é simples e não complexo.

Desvantagens

• A frequência de saída gera ruídos de diferentes tipos.
• Como resultado do efeito de cogging, o motor de carga enfrenta solavancos durante situações de partida e parada.
• Devido a velocidade do motor controlada ou diminuída, resultando em fator de potência ruim.

Inversor de Fonte de Corrente (CSI)

O CSI (inversor de fonte de corrente), em oposição ao VSI, fornece saída de tensão suave através do pino 3. A formação do tipo CSI depende de corrente em vez de tensão. Anteriormente, no CSI, você pode usar ponte SCR em vez da ponte retificadora de diodo. Como alternativa a capacitores, usamos indutores para analisar a energia de saída para saída de corrente suave. Também, o CSI é capaz de fornecer ondas quadradas de corrente.

(Inversor de Fonte de Corrente)

Vantagens

• Para começar, suporta motor de indução de maior potência onde VSI não é adequado.
• Tem maior confiabilidade quando comparado ao VSI.
• Acima de tudo, possui excelente capacidade de regeneração.

Desvantagens

• Na maioria das vezes, gera fator de potência ruim.
• Também, experimenta efeito de cogging que poderia balançar o eixo do motor quando em funcionamento.
• Por fim, não é apropriado para operação multi-motor.

Modulação por Largura de Pulso (PWM)

O tipo PWM (modulação por largura de pulso) também é uma versão aprimorada. Com o circuito controlado por tensão PWM, os VFDs podem dar saída de tensão estável mantida com razão de frequência. O circuito controlador de tensão PWM usa um regulador adicional para fornecer a tensão e corrente de base estáveis e adequadas da carga.

Vantagens

• Sem efeito de entupimento ou solavancos, e oferece ampla faixa de velocidade e controle.
• Também, há potência constante com eficiência energética muito alta.
• Compreende diferentes tipos de proteção de circuito.

Desvantagens

• Há alguma complexidade referente a projeto e implementação.
• Gera ruído perturbador no circuito driver de fase.
• Finalmente, requer hardware adicional e é uma solução custosa.

Como fazer um circuito VFD trifásico

(Um motor elétrico)

Um Diagrama Típico de Sistema de Frequência Variável.

Precisamos do seguinte para fazer um circuito VFD trifásico:

• Circuito controlador de tensão PWM: O estágio gerador PWM gera uma saída PWM variável através do pino 3 do CI2 em resposta à tensão aplicada ao pino 5 do mesmo CI.
• Circuito ponte H trifásico: Um estágio gerador de sinal trifásico aplica um sinal trifásico bem calculado através das entradas HIN1/2/3 e LIN1/2/3 do CI.
• Circuito gerador de sinal trifásico: A frequência de entrada dos sinais trifásicos determina os clocks enviados ao sistema. Que geralmente, deve ser seis vezes o sinal trifásico pretendido. Para colocar de outra forma, se a frequência trifásica desejada é 100 Hz, o clock de entrada deve ser 100 x 6 = 600 Hz.
• Circuito conversor tensão-frequência para produzir parâmetro V/Hz.

https://youtu.be/TAFDX301Qrk (Construindo um Drive de Frequência Variável)

Conclusão

Em tudo, para o controle adicional do circuito conversor de frequência CA e o funcionamento do motor CA em velocidade variável, requeremos o Drive de Frequência Variável (VFD). A eficiência do VFD depende exclusivamente de seu tipo, faixa e qualidade. Portanto, engenheiros devem buscar e utilizar o melhor para grandes resultados. Tem mais perguntas sobre configuração de circuito VFD? Comente abaixo ou entre em contato conosco.