Esquema do VFD:diagramas de circuito do VFD, tipos e como construir um

Todo entusiasta da eletrônica se deparou com o termo VFD. VFD é a abreviação de Variable Frequency Drive, também chamado de Variable Speed ​​Drives and Inverters. Seu uso principal é gerenciar a velocidade de um motor CA. Simplificando, são controladores de motores que regulam a frequência e a tensão atendidas no motor elétrico, com base em seus requisitos específicos. Geralmente, os três principais componentes de um esquema de VFD são o retificador, o link CC e um inversor.

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

Um pequeno inversor de frequência variável

1. O que é o circuito VFD e como ele funciona?

Como mencionado acima, o variador de frequência faz com que uma especificação de motor CA funcione em velocidades variáveis. Você deve observar que o motor CA alterna sua velocidade alterando a frequência de tensão usada para executá-lo. Isso implica que quando você aplica uma tensão de 50Hz a um motor CA, o motor opera em uma velocidade nominal. No entanto, se a tensão de entrada usada exceder 50 Hz, o motor funcionará mais rápido que a velocidade nominal. Mas se a frequência de tensão fornecida for inferior a 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 as condições de trabalho e redução.

O circuito de acionamento de frequência variável garante o excesso de corrente do motor durante a operação, o que ajuda a manter os custos da concessionária baixos. Atualmente, você notará que o esquema VFD é um tipo popular de transistor de saída usado para um sistema de controle. Este dispositivo elétrico que transforma a frequência da fonte de alimentação CA, o circuito VFD, é composto por três partes. Essas peças são um retificador de ponte de onda completa, um link CC e um inversor.

(O princípio de funcionamento de um circuito de frequência variável)

Diagrama de bloco de circuito básico de um VFD trifásico

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

• A área de conversão de energia.
• A seção de controle do microprocessador é responsável pelo controle das operações do VFD.
• A seção de consumo de energia altera a tensão CA para CC. Além disso, altera a CC de volta para uma tensão trifásica.

(Um inversor de frequência variável trifásico)

O circuito VFD consiste em três partes

Retificador

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

Circuito intermediário CC/filtro CC

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

Inversor

Um inversor auxilia na ativação e desativação da CC, o que faz com que o motor adquira uma tensão pulsante semelhante à CA. A taxa de alternância é controlada para alterar a frequência da CA simulada aplicada ao motor. É vital, pois o funcionamento primário de um circuito VFD depende desta seção, e o VFD usa um circuito inversor totalmente controlado. Em resumo, com o circuito inversor controlado, a forma de onda da alimentação CA de saída permite que o motor funcione.

2. Diferentes tipos de VFD

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

O VSI

Dentre esses três, o VSI (voltage-source inverter) é o mais comum dos tipos. O funcionamento de um VSI requer a conversão do sinal AC em DC por uma simples ponte de diodos e um capacitor para reserva de energia. O inversor então utiliza a energia reservada para alternar o controle para fornecer a saída desejada. Sem dúvida, o uso do VSI traz vantagens e desvantagens.



(Um circuito inversor de fonte de tensão trifásico (VSI)

Vantagens

• A produção e a instalação do VSI são econômicas.
• Além disso, ele utiliza vários recursos de controle de motor que podem ser conectados a um único VFD do tipo VSI.
• Possui uma boa faixa de velocidade.
• O design é simples e não complexo.

Desvantagens

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

Inversor de fonte de corrente (CSI)

O CSI (inversor de fonte de corrente), ao contrário do VSI, fornece uma saída de tensão suave no pino3. A formação do tipo CSI é dependente da corrente em vez da tensão. Antecedendo, no CSI, você pode usar a ponte SCR em vez da ponte retificadora de diodos. Como alternativa aos capacitores, usamos indutores para analisar a energia de saída para uma saída de corrente suave. Além disso, o CSI é capaz de fornecer ondas quadradas de corrente.

(Inversor de fonte de corrente)

Vantagens

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

Desvantagens

• Na maioria das vezes, gera um fator de potência ruim.
• Além disso, ele experimenta um efeito de engrenagem que pode sacudir o eixo do motor durante o funcionamento.
• Por fim, não é apropriado para operação com vários motores.

Modulação de 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 fornecer saída de tensão estável mantida com uma relação de frequência. O circuito controlador de tensão PWM usa um regulador adicional para fornecer tensão e corrente de alimentação de base estáveis ​​e adequadas da carga.

Vantagens

• Sem efeito de entupimento ou empurrão e oferece uma ampla faixa de botões de controle e velocidade.
• Além disso, há energia constante com eficiência energética muito alta.
• Compreende diferentes tipos de proteção de circuito.

Desvantagens

• Há alguma complexidade em relação ao design e à implementação.
• Gera ruído perturbador no circuito do driver de fase.
• Por fim, requer hardware adicional e é uma solução cara.

Como fazer um circuito VFD trifásico

(Um motor elétrico)

Um típico diagrama de sistema de frequência variável.

Precisamos do seguinte para fazer um circuito VFD trifásico:

• Circuito controlador de tensão PWM: O estágio do gerador PWM gera uma saída PWM variável no pino 3 do IC2 em resposta à tensão aplicada ao pino 5 do mesmo IC.
• Circuito de ponte H trifásico: Um estágio de geração de sinal trifásico aplica um sinal trifásico bem calculado nas entradas HIN1/2/3 e LIN1/2/3 do IC.
• Circuito gerador de sinal trifásico: A frequência de entrada dos sinais trifásicos determina os relógios enviados ao sistema. Que normalmente, deve ser seis vezes o sinal trifásico pretendido. Em outras palavras, se a frequência trifásica desejada for 100 Hz, o clock de entrada deve ser 100 x 6 =600 Hz.
• Circuito do conversor de tensão para frequência para produzir o parâmetro V/Hz.

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

Conclusão

Ao todo, para o controle adicional do circuito do conversor de frequência CA e o funcionamento do motor CA em velocidade variável, precisamos do variador de frequência (VFD). A eficiência do VFD depende exclusivamente de seu tipo, alcance e qualidade. Portanto, os engenheiros devem procurar e utilizar o melhor para obter ótimos resultados. Tem mais alguma dúvida sobre a configuração do circuito VFD? Comente abaixo ou entre em contato conosco.