Conversor de frequência para controlo da velocidade

O vídeo em seguinte descreve a operação de um conversor de frequência para controlo da velocidade de um motor trifásico assíncrono. Tópicos do vídeo:

Estrutura de um inversor de frequência  e as tarefas de seus módulos
Gerar o sinal de saída por meio de PWM
Gerar um sinal de saída de 3-fase
Controlandotorque e velocidade
Os parâmetros "Boost" e "ramp"
A execução técnica do inversor

O conversor de frequência permite que os motores síncronos e assíncronos sejam controlados e regulados infinitamente variável em velocidade e torque. O princípio de operação do conversor de frequência é simples: primeiro, retificar a tensão CA da rede local, e em seguida, convertê-la em uma voltagem CA da frequência e nível desejados:

Componentes de um inversor de frequência

Componentes de um inversor de frequência,  Como funciona um conversor de frequência?

Retificador CA – CC
Conversores de frequência menores também podem ser alimentados por uma tensão CA monofásica. Como retificador se usam uma ponte retificadora. Se a regeneração da energia de frenagem (palavra-chave:  frenagem por recuperação) deve de ser possível, tem que usar aqui duas pontes retificadoras controladas.

Barramento CC
Suavizar e filtrar a voltagem CC, para ser finalmente utilizado pela secção de conversor CC - CA. Os capacitores minimizam as ondulações da voltagem, enquanto que os indutores minimizam as ondulações da corrente.

Chopper - resistência de travagem (opcional)
Este módulo é opcional e serve para dissipar a energia de frenagem do motor através de um resistor.

Conversor CC – CA
A tensão do barramento CC é convertida em uma tensão CA trifásica da frequência e nível de tensão desejados. Por isso o princípio de PWM é aplicado. Como comutadores eletrônicos, os chamados IGBTs são usados (Insulated Gate Bipolar Transistor).

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Parameterization VFD

V/f control (vector control)

V/f control is the simplest method to control of a 3 phase asynchronous machine and is applied for drives with few dynamic drive requirements (such as belt drives, pumps, fans).

The purpose is to keep the engine torque constant. This is achieved with the parameter called "Ramp": With increasing frequency, the impedance of the motor winding also increases. As a result, the motor current would decrease and thus also the magnetic flux Φ leading to less torque. To counteract this, the stator voltage is increased in proportion to the frequency.

The parameter "Boost" is to compensate the ohmic resistance of the motor winding especially at low frequencies, as well as to overcome the static friction:

Parameter VFD

Parameter VFD

87-Hz-operation with VFD:

To get higher speeds with constant torque the 87 Hz characteristic can be used. Smaller motors up to approx. 3 kW are usually switched to star on a 400 V supply voltage. The field weakening range starts at 50 Hz and the motor torque drops. If these motors are now connected to delta, the base frequency can be set to 87 Hz. Thereby the motor torque can be kept constant up to 87 Hz.

VFD operating in 87-Hz

fig.:   VFD operating in 87-Hz

What you can see: The characteristic curve for delta connection thus is flatter and reaches the maximum output voltage of 400 V of the inverter at 87 Hz. With this trick you can increase the output power, since the motor still delivers its rated torque at 87 Hz. However, the windings of the motor are under greater strain concerning insulation and the motor heats up more.

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Parametrierung Frequenzumrichter:

U/f Steuerung (Vektorregelung)

U/f-Steuerung ist die einfachste Steuerung eines DASM und wird dann eingesetzt, wenn nur geringe dynamische Anforderungen an den Antrieb gestellt werden (wie z.B. Bandantriebe, Pumpen, Lüfter). Ziel ist es hier, das Motormoment konstant zu halten. Dies wird mit der sogenannten U(f)-Anpassung bzw. „Ramp“ erreicht:

Wenn die Frequenz am Motor erhöht wird, dann steigt der Scheinwiderstand der Motorwicklung. Als Folge würde der Motorstrom sinken und damit ebenfalls der magnetische Fluss Φ. Ein abnehmendes Motormoment wäre die Folge. Um diesem entgegenzuwirken, wird die Ständerspannung proportional zur Frequenz erhöht.

Um den ohmschen Widerstand der Motorwicklung bei niedrigen Frequenzen zu kompensieren, sowie die Haftreibung zu überwinden, dient der Parameter „Boost“ bzw. Spannungsanhebung.

Aus diesen Sachverhalt leitet sich die U/f-Kennliniensteuerung ab:

Parameter Frequenzumrichter

Parameter Frequenzumrichter

87 Hz-Betrieb Drehstrom-Asynchronmotors an einen FU:

Kleinere Motoren bis ca. 3 kW werden üblicherweise an einem 400 V-Netz in Stern geschaltet. Der Feldschwächebereich beginnt bei 50 Hz und das Motormoment fällt ab. Werden diese Motoren nun in Dreieck angeschlossen und die Eckfrequenz bei 87 Hz gelegt, so kann das Motormoment bis 87 Hz konstant gehalten werden:

Frequenzumrichter mit 87 Hz Betrieb

Bild:   Frequenzumrichter mit 87 Hz Betrieb

Die Kennlinie bei Dreieckschaltung verläuft also flacher und erreicht bei 87 Hz die maximale Ausgangsspannung des Umrichters von 400 V. Mit diesem Trick erreichen Sie eine Leistungserhöhung, da der Motor auch bei 87 Hz noch sein Nennmoment abgibt. Allerdings werden die Wicklungen des Motors bezüglich ihrer Isolationsfestigkeit höher beansprucht und der Motor erwärmt sich stärker.

[:pb]


Parametrização do conversor de freqüência:

Controle V / f (controle vetorial)

O controle V/f é o controle mais simples para um motor assíncrono trifásico e é usado quando apenas requisitos dinâmicos baixos são impostos ao acionamento (por exemplo, acionamentos por correia, bombas, ventiladores). O objetivo aqui é manter o torque do motor constante. Isto é conseguido com o chamado controle V/f.

Inversor de freqüência - Torque e variação de tensão em função da freqüência

Inversor de freqüência - Torque e variação de tensão em função da freqüência

Se a frequência do motor é aumentada, a impedância da bobina do motor aumenta. Como resultado, a corrente do motor diminuiria e com ela o fluxo magnético Φ. O resultado seria uma diminuição no torque do motor. Para neutralizar isso, a tensão do estator é aumentada em proporção à frequência. O parâmetro para isso é chamado de "Rampa"(eng. Ramp)".

O parâmetro Boost é para máquinas que requerem alto torque de partida.

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Parametrización de Convertidor de frecuencia:

Control V / f (control vectorial)

El control V/f es el control más simple de un motor asíncrono trifásico y se usa cuando solo se imponen requisitos dinámicos bajos en el variador (por ejemplo, transmisiones por correa, bombas, ventiladores). El objetivo aquí es mantener el par de motor constante. Esto se logra con el llamado control V/f o "rampa":

Variacion par de motor y tensión en función de la frecuencia en variador frecuencia

Variacion par de motor y tensión en función de la frecuencia en variador frecuencia

Si se aumenta la frecuencia del motor, la impedancia del devanado del motor aumenta. Como resultado, la corriente del motor disminuiría y con ella el flujo magnético Φ. El resultado sería una disminución del par motor. Para contrarrestarlo, se aumentan la tensión del estator en proporción a la frecuencia. El parámetro para eso se llama "Rampa (eng. Ramp)".

El parámetro Boost sirve para máquinas que requieren un alto par de arranque.

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