Dominar esses 35 conceitos de inversores pode elevar seu conhecimento a níveis impressionantes!
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O termo VFD (unidade de frequência variável) para um inversor reflete sua função de controlar motores CA ajustando a frequência e a amplitude da fonte de alimentação. Na Ásia, especialmente na China e na Coreia do Sul, o termo VVVF (Variable Voltage Variable Frequency Inverter) foi utilizado devido à influência japonesa. VVVF significa Tensão Variável e Frequência Variável, referindo-se ao ajuste de tensão e frequência, enquanto CVCF (Tensão Constante e Frequência Constante) indica tensão e frequência fixas.
As fontes de energia são categorizadas em CA e CC. A maior parte da energia CC é derivada da CA por meio de transformação, retificação e filtragem. A energia CA constitui aproximadamente 95% de todo o uso de energia, com energia CA monofásica e trifásica seguindo padrões específicos de tensão e frequência em diferentes países. Por exemplo, na China continental, a CA monofásica é 220V e a CA trifásica é 380V, ambas a 50Hz. Um inversor converte tensão fixa e energia CA de frequência em tensão variável ou energia CA de frequência. Este processo envolve a retificação de CA para CC e, em seguida, a inversão de CC de volta para CA, sendo o último processo especificamente denominado "inversão". Os dispositivos que convertem CC em frequência e tensão fixas CA são chamados de inversores, enquanto aqueles que permitem frequência e tensão ajustáveis são chamados de inversores de frequência variável.
Os inversores emitem ondas senoidais simuladas, usadas principalmente para controle de velocidade de motores assíncronos trifásicos e também são conhecidos como controladores de velocidade de frequência variável. Para aplicações que exigem formas de onda de alta qualidade, como equipamentos de teste em instrumentação, a forma de onda é refinada para produzir uma onda senoidal padrão, e tais dispositivos são chamados de fontes de alimentação de frequência variável. As fontes de alimentação de frequência variável são normalmente 15 a 20 vezes mais caras que os inversores de frequência variável. O componente principal responsável pela geração de tensão ou frequência variável em equipamentos inversores é o “inversor”, daí o produto ser denominado “inversor”. Os inversores também são usados em eletrodomésticos, como aparelhos de ar condicionado e lâmpadas fluorescentes. Em aplicações de controle de motores, os inversores podem ajustar a tensão e a frequência, enquanto aqueles usados para luzes fluorescentes regulam principalmente a frequência da fonte de alimentação. Dispositivos em carros que convertem energia da bateria (CC) em CA também são vendidos sob o nome de “inversor”. O princípio de funcionamento dos inversores é amplamente aplicado em vários campos, como fontes de alimentação de computadores, onde os inversores suprimem tensão reversa, flutuações de frequência e cortes instantâneos de energia.
O que é um inversor?
Um inversor é um dispositivo que converte a energia da frequência da rede elétrica em outra frequência usando a ação de comutação de dispositivos semicondutores de potência. Consiste em dois circuitos principais: o circuito principal (módulo retificador, capacitor eletrolítico e módulo inversor) e o circuito de controle (placa de alimentação chaveada e placa de circuito de controle). A CPU é instalada na placa de circuito de controle, com o software de operação do inversor programado na CPU. O software para o mesmo modelo de inversor geralmente é fixo, exceto para o inversor Sanjing, cujo software pode ser ajustado com base nos requisitos de uso.
Quais são as diferenças entre PWM e PAM?
PWM (modulação por largura de pulso) ajusta a largura dos pulsos em um trem de pulsos de acordo com um padrão específico para regular a saída e a forma de onda. PAM (Modulação de Amplitude de Pulso) ajusta a amplitude dos pulsos em um trem de pulso para regular a saída e a forma de onda.
Quais são as diferenças entre inversores do tipo tensão e do tipo corrente?
O circuito principal de um inversor pode ser dividido em dois tipos: inversores do tipo tensão convertem a fonte de tensão CC em CA usando capacitores para filtragem do circuito CC, enquanto os inversores do tipo corrente convertem a fonte de corrente CC em CA usando indutores para filtragem do circuito CC.
Por que a tensão e a frequência de um inversor mudam proporcionalmente?
O torque de um motor de indução é produzido pela interação entre o fluxo magnético e a corrente do rotor. Na frequência nominal, se a tensão for constante e a frequência for reduzida, o fluxo magnético pode se tornar excessivo, levando à saturação do circuito magnético e possíveis danos ao motor. Portanto, a tensão e a frequência devem mudar proporcionalmente. Este método de controle é comumente usado em inversores de economia de energia para ventiladores e bombas.
Quando um motor de indução é acionado pela energia de frequência da rede elétrica e quedas de tensão, a corrente aumenta. Para motores acionados por inversor, se a tensão diminuir quando a frequência diminuir, a corrente aumentará?
Quando a frequência diminui (baixa velocidade), a corrente aumenta para manter a mesma potência. Contudo, sob condições de torque constante, a corrente permanece relativamente estável.
Quais são a corrente de partida e o torque ao operar um motor com inversor?
Com um inversor, à medida que o motor acelera, a frequência e a tensão aumentam correspondentemente, limitando a corrente de partida abaixo de 150% da corrente nominal (125% a 200% dependendo do modelo). A partida on-line direta com energia de frequência da rede elétrica resulta em correntes de partida de seis a sete vezes a corrente nominal, causando estresse mecânico e elétrico. Os motores acionados por inversor partem suavemente (com tempo de partida estendido), com corrente de partida de 1,2 a 1,5 vezes a corrente nominal e torque de partida de 70% a 120% do torque nominal. Para inversores com reforço automático de torque, o torque de partida ultrapassa 100%, possibilitando partidas em plena carga.
O que é o modo V/f?
Quando a frequência diminui, a tensão V também diminui proporcionalmente. A relação proporcional entre V e f é determinada com base nas características do motor e normalmente é armazenada na memória do controlador (ROM). Diversas características podem ser selecionadas através de interruptores ou potenciômetros.
Como o torque do motor muda quando V e f são ajustados proporcionalmente?
Se a tensão for reduzida proporcionalmente à frequência, a tendência de o torque diminuir em baixas velocidades surge devido à impedância CA reduzida e à resistência CC inalterada. Para compensar e obter torque de partida suficiente em baixas frequências, a tensão de saída deve ser ligeiramente aumentada. Esta compensação, conhecida como aumento de torque, pode ser alcançada através de vários métodos, incluindo ajuste automático, seleção do modo V/f ou configurações do potenciômetro.
Se o manual especificar uma faixa de velocidade de 60~6Hz (10:1), isso significa que não há saída de potência abaixo de 6Hz?
A energia ainda pode ser emitida abaixo de 6 Hz. Porém, considerando o aumento da temperatura do motor e o torque de partida, a frequência mínima de operação é ajustada em torno de 6 Hz para evitar aquecimento excessivo e manter a saída de torque nominal. A frequência de saída real (frequência inicial) do inversor varia de acordo com o modelo, normalmente variando de 0,5 Hz a 3 Hz.
É possível manter o torque constante com uma combinação de motores padrão acima de 60 Hz?
Geralmente, não é possível. Acima de 60 Hz (ou 50 Hz em alguns modos), a tensão permanece constante, resultando em características de potência aproximadamente constantes. Quando é necessário torque constante em altas velocidades, a seleção cuidadosa das capacidades do motor e do inversor é essencial.
O que é controle de malha aberta?
Quando um detector de velocidade (PG) é instalado no motor e a velocidade real é realimentada ao dispositivo de controle para regulação, isso é chamado de controle de "malha fechada". A operação sem feedback PG é denominada controle de "malha aberta". Os inversores de uso geral normalmente usam controle de malha aberta, embora alguns modelos ofereçam feedback PG como opção. O controle de malha fechada sem sensor de velocidade estima a velocidade real do motor com base em um modelo matemático de fluxo, formando efetivamente um sistema de controle de malha fechada com um sensor de velocidade virtual.
O que acontece quando há uma discrepância entre as velocidades reais e definidas?
No controle de malha aberta, mesmo que o inversor produza a frequência definida, a velocidade do motor pode variar dentro da faixa de escorregamento nominal (1% a 5%) sob carga. Para aplicações que exigem precisão de regulação de alta velocidade e operação próxima à velocidade definida, apesar das alterações de carga, inversores com realimentação PG (disponíveis como opção) podem ser empregados.
A precisão da velocidade pode ser melhorada usando um motor com feedback PG?
Inversores com feedback PG oferecem maior precisão de velocidade. No entanto, a precisão real da velocidade depende da precisão do PG e da resolução da frequência de saída do inversor.
Qual é a função anti-stall?
Se o tempo de aceleração ajustado for muito curto, a frequência de saída do inversor poderá mudar muito mais rápido que a velocidade do motor (frequência angular elétrica), causando sobrecorrente e desarmando o inversor, interrompendo a operação. Isso é conhecido como paralisação. Para evitar travamento e manter a operação do motor, o inversor monitora a corrente e ajusta a frequência. Durante a aceleração, se a corrente se tornar excessiva, a taxa de aceleração é reduzida. O mesmo se aplica à desaceleração. Juntos, esses mecanismos constituem a função anti-stall.
Qual é a importância dos inversores que permitem configurações separadas para tempos de aceleração e desaceleração versusaqueles que usam uma configuração comum?
Os inversores que permitem configurações separadas de tempo de aceleração e desaceleração são adequados para aplicações que exigem aceleração breve e desaceleração gradual, ou para pequenas máquinas-ferramentas com requisitos rígidos de ritmo de produção. Em contraste, para aplicações como acionamentos de ventiladores, onde os tempos de aceleração e desaceleração são longos, uma configuração comum para os tempos de aceleração e desaceleração é apropriada.
O que é frenagem regenerativa?
Quando a frequência de comando é reduzida durante a operação do motor, o motor passa para o modo gerador assíncrono e funciona como freio. Este processo é conhecido como frenagem regenerativa (elétrica).
É possível obter maior força de frenagem?
A energia regenerada do motor é armazenada no capacitor de filtro do inversor. Devido à capacidade do capacitor e às limitações nominais de tensão, a força de frenagem regenerativa em inversores de uso geral é de aproximadamente 10% a 20% do torque nominal. Com unidades de travagem opcionais, isto pode ser aumentado para 50% a 100%.
Quais são as funções de proteção de um inversor?
As funções de proteção podem ser categorizadas da seguinte forma:
(1) Correção automática de condições anormais, como prevenção de bloqueio de sobrecorrente e prevenção de bloqueio de sobretensão regenerativa.
(2) Bloqueio de sinais de controle PWM para alimentar semicondutores ao detectar anormalidades, fazendo com que o motor pare automaticamente. Os exemplos incluem desligamento por sobrecorrente, desligamento por sobretensão regenerativo, proteção contra superaquecimento do ventilador de resfriamento de semicondutores e proteção contra falha instantânea de energia.
Por que a função de proteção do inversor é ativada ao usar uma embreagem para carga contínua?
Quando uma embreagem conecta a carga, o motor transita rapidamente de uma região sem carga para uma região de alto escorregamento. A alta corrente resultante faz com que o inversor desarme devido a sobrecorrente, interrompendo a operação.
Por que o inversor para durante a operação quando motores grandes dão partida na mesma instalação?
Durante a partida do motor, a corrente de partida corresponde à capacidade do motor, causando queda de tensão no lado do estator do transformador. Para motores grandes, esta queda de tensão pode afetar significativamente outros equipamentos conectados ao mesmo transformador. O inversor pode interpretar isso erroneamente como subtensão ou perda instantânea de potência, acionando sua função de proteção (IPE) e fazendo com que ele pare.
O que é a resolução do inversor e por que ela é significativa?
Para inversores controlados digitalmente, mesmo que o comando de frequência seja um sinal analógico, a frequência de saída é fornecida em passos discretos. A menor unidade dessas etapas é chamada de resolução do inversor. Normalmente, a resolução do inversor varia de 0,015 Hz a 0,5 Hz. Por exemplo, com uma resolução de 0,5 Hz, frequências acima de 23 Hz podem ser ajustadas para 23,5 Hz ou 24,0 Hz, resultando na operação do motor escalonado. Isto pode ser problemático para aplicações como controle de enrolamento contínuo. Nesses casos, uma resolução em torno de 0,015 Hz garante que, para um motor de quatro pólos, cada passo corresponda a menos de 1 r/min, proporcionando adaptabilidade suficiente. Alguns modelos de inversores diferenciam entre resolução de comando e resolução de saída.
Há alguma restrição na direção de instalação de um inversor?
O projeto do inversor considera a eficácia do resfriamento dos componentes internos e traseiros. A orientação da unidade é crucial para a ventilação. Para inversores do tipo unidade montados em painel ou montados em parede, recomenda-se a instalação vertical em posição longitudinal.
É possível conectar diretamente um motor a um inversor de frequência fixa sem usar uma soft starter?
Em frequências muito baixas, isso é possível. Entretanto, se a frequência definida for alta, as condições se assemelham à partida on-line direta com a energia de frequência da rede elétrica. Isto pode resultar em correntes de partida excessivas (seis a sete vezes a corrente nominal) e, como o inversor desarmará para proteção contra sobrecorrente, o motor não dará partida.
Que cuidados devem ser tomados ao operar um motor acima de 60Hz?
Ao operar acima de 60 Hz, considere o seguinte:
(1) Garantir que os equipamentos mecânicos e relacionados possam suportar a operação em tais velocidades (resistência mecânica, ruído, vibração, etc.).
(2) O motor entra na faixa de potência constante e seu torque de saída deve sustentar a carga de trabalho (para ventiladores e bombas, a potência de saída do eixo aumenta com o cubo da velocidade, portanto, mesmo pequenos aumentos de velocidade requerem atenção).
(3) A vida útil do rolamento pode ser afetada e deve ser cuidadosamente considerada.
(4) Para motores de média a grande capacidade, especialmente motores bipolares, consulte o fabricante antes de operar acima de 60Hz.
Os inversores podem acionar motores de engrenagem?
Dependendo da estrutura do redutor e do método de lubrificação, diversas considerações se aplicam. Normalmente, as estruturas de engrenagens podem tolerar um máximo de 70~80Hz. Com a lubrificação a óleo, a operação contínua em baixa velocidade pode danificar as engrenagens.
Os inversores podem acionar motores monofásicos? Eles podem operar com energia monofásica?
Geralmente, não é viável. Para motores monofásicos com controladores de velocidade ou mecanismos de partida comutada, a redução da velocidade abaixo do ponto de operação pode superaquecer o enrolamento auxiliar. Para os tipos de partida ou operação com capacitor, pode ocorrer explosão do capacitor. Os inversores normalmente requerem uma fonte de alimentação trifásica, embora alguns modelos de pequena capacidade possam operar com energia monofásica.
Quanta energia um inversor consome?
O consumo de energia depende do modelo do inversor, estado operacional e frequência de uso. É difícil especificar valores exatos. Porém, a eficiência do inversor abaixo de 60 Hz é de aproximadamente 94% a 96%, o que pode ser usado para estimar perdas. Para inversores com frenagem regenerativa integrada (por exemplo, série FR-K), considerar as perdas de frenagem aumenta o consumo de energia, um fator a ser observado no projeto do painel de controle.
Por que a operação contínua não pode ocorrer em toda a faixa de 6 a 60 Hz?
A maioria dos motores usa ventiladores externos no eixo ou pás no anel final do rotor para resfriamento. A velocidade reduzida diminui a eficácia do resfriamento, evitando que o motor suporte a mesma geração de calor que em altas velocidades. Para resolver isso, reduza o torque de carga de baixa velocidade, use uma combinação de inversor e motor de maior capacidade ou empregue um motor especializado.
Que cuidados devem ser tomados ao utilizar um motor com freio?
O circuito de excitação do freio deve ser alimentado pelo lado de entrada do inversor. Se o freio for ativado enquanto o inversor estiver emitindo energia, a sobrecorrente poderá causar um desligamento. Portanto, certifique-se de que o freio seja ativado somente depois que o inversor parar de fornecer energia.
Por que o motor não dá partida ao usar um inversor para acionar um motor com capacitores de melhoria do fator de potência?
A corrente do inversor flui para os capacitores de melhoria do fator de potência. A corrente de carga pode desencadear sobrecorrente (OCT) no inversor, impedindo a partida. Para resolver isso, remova os capacitores e opere o motor. Para aumentar o fator de potência, a instalação de um reator CA no lado de entrada do inversor é eficaz.
Qual é a vida útil de um inversor?
Embora os inversores sejam dispositivos estáticos, eles contêm componentes consumíveis, como capacitores de filtro e ventiladores de resfriamento. Com a manutenção regular destas peças, um inversor pode durar mais de dez anos.
Como é orientada a ventoinha de resfriamento em um inversor e o que acontece se ela falhar?
Alguns inversores de pequena capacidade não possuem ventiladores de resfriamento. Para modelos com ventiladores, o fluxo de ar normalmente ocorre de baixo para cima. Ao instalar um inversor, evite colocar equipamentos que obstruam a entrada e exaustão de ar acima e abaixo da unidade. Não posicione componentes sensíveis ao calor acima do inversor. A falha do ventilador é protegida pela detecção de parada do ventilador ou superaquecimento do ventilador de resfriamento.
Como pode ser determinada a vida útil dos capacitores de filtro?
Os capacitores de filtro, usados como capacitores, perdem gradualmente sua capacidade eletrostática com o tempo. Meça regularmente a capacidade eletrostática e considere que a vida útil do capacitor expirou quando atingir 85% da capacidade nominal.
Há alguma restrição na direção de instalação de um inversor?
Os inversores são normalmente alojados em painéis. No entanto, os painéis totalmente fechados são volumosos, ocupam espaço e são caros. As medidas de mitigação incluem:
(1) Projetar painéis para o resfriamento necessário do equipamento real.
(2) Aumentar a área de resfriamento usando dissipadores de calor, aletas e agentes de resfriamento de alumínio.
(3) Utilizando tubos de calor.
Além disso, foram desenvolvidos modelos de inversores com a parte traseira exposta.
Como a capacidade do inversor deve ser selecionada para aumentar a velocidade da correia transportadora para 80 Hz?
O consumo de energia das correias transportadoras é proporcional à velocidade. Para operar em 80Hz, a potência do inversor e do motor deve ser aumentada proporcionalmente para 80Hz/50Hz, ou seja, um aumento de capacidade de 60%.
Precauções durante a manutenção e inspeção:
(1) Após desligar a alimentação de entrada, aguarde pelo menos 5 minutos antes de iniciar a inspeção (certifique-se de que o LED indicador de carga esteja apagado) para evitar choque elétrico.
(2) A manutenção, inspeção e substituição de componentes devem ser realizadas por pessoal qualificado. Remova todos os itens de metal (relógios, pulseiras, etc.) antes de iniciar o trabalho e use ferramentas isoladas.
(3) Não modifique o inversor arbitrariamente para evitar choques elétricos e danos ao produto.
(4) Antes de fazer manutenção no inversor, confirme a tensão de entrada. Conectar uma fonte de alimentação de 380 V a um inversor classe 220 V pode causar danos (capacitor, varistor, explosão de módulo, etc.).
Os inversores, compostos principalmente por elementos semicondutores, exigem inspeção diária para proteção contra ambientes de trabalho adversos, como temperatura, umidade, poeira e vibração, e para evitar falhas decorrentes de limitações de vida útil dos componentes.
Itens de inspeção:
(1) Inspeção diária: Verifique se o inversor funciona conforme necessário. Use um voltímetro para verificar as tensões de entrada e saída enquanto o inversor estiver funcionando.
(2) Inspeção periódica: Examine todas as áreas acessíveis somente quando o inversor estiver desligado.
(3) Substituição de componentes: A vida útil dos componentes é muito influenciada pelas condições de instalação.