Como funciona um conversor de frequência?

O primeiro estágio do conversor de frequência CA é o conversor de frequência. O conversor consiste em seis diodos, semelhantes às válvulas de retenção usadas em sistemas de encanamento. Eles permitem que a corrente flua em apenas uma direção: a direção indicada pela seta no símbolo do diodo. Por exemplo, sempre que a tensão da fase A (tensão semelhante à pressão no encanamento) for mais positiva que a tensão da fase B ou C, o diodo abrirá e permitirá que a corrente flua. Quando a fase B se torna mais positiva que a fase A, o diodo da fase B abre e o diodo da fase A fecha. O mesmo vale para os 3 diodos do lado negativo do barramento. Assim, obtemos seis pulsos de corrente à medida que cada diodo liga e desliga. Isso é chamado de VFD de seis pulsos e é padrão nos conversores de frequência atuais.

Podemos remover a ondulação CA no barramento CC adicionando um capacitor. Os capacitores operam de maneira semelhante aos reservatórios ou acumuladores em sistemas de tubulação. Este capacitor absorve a ondulação AC e fornece uma tensão DC suave. A ondulação CA no barramento CC é tipicamente inferior a 3 volts. Portanto, a tensão no barramento CC fica em torno de 650 VCC. A tensão real depende do nível de tensão alimentado na linha CA pelo inversor de frequência, o nível de desequilíbrio de tensão no sistema de energia, a carga do motor, a impedância do sistema de energia e quaisquer reatores ou filtros harmônicos no conversor de frequência.

Um conversor de ponte de diodo que converte CA em CC às vezes é chamado apenas de conversor. Um conversor que converte CC de volta em CA também é um conversor, mas, para diferenciá-lo de um conversor de diodo, é frequentemente chamado de inversor. Na indústria, tornou-se comum referir-se a qualquer conversor DC-AC como um inversor.

Quando fechamos um dos interruptores superiores do inversor, a fase do motor é conectada ao barramento CC positivo e a tensão nessa fase torna-se positiva. Quando fechamos um dos interruptores inferiores do conversor, essa fase é conectada ao barramento CC negativo e fica negativa. Podemos, portanto, tornar qualquer fase do motor positiva ou negativa à vontade e, assim, produzir qualquer frequência que desejarmos. Assim, podemos tornar qualquer estágio positivo, negativo ou zero.

A saída do VFD é uma forma de onda retangular. VFDs não produzem uma saída senoidal. Esta forma de onda retangular não é uma boa escolha para um sistema geral de distribuição de energia, mas é perfeitamente adequada para um motor elétrico.

Se quiséssemos reduzir a frequência do motor para 30 Hz, simplesmente comutaríamos os transistores de saída do inversor mais lentamente. No entanto, se reduzirmos a frequência para 30Hz, também devemos reduzir a tensão para 240V para manter a relação V/Hz.

Isso é chamado de modulação por largura de pulso ou PWM. Imagine que poderíamos controlar a pressão nas tubulações de água ligando e desligando as válvulas em alta velocidade. Embora isso não seja muito prático para sistemas de tubulação, funciona bem para VFDs. Observe que no primeiro meio ciclo, a tensão está ligada metade do tempo e desligada na outra metade. Portanto, a tensão média é metade de 480V ou 240V. Com a saída de pulso podemos obter qualquer tensão média na saída do VFD.