Quais são os diferentes tipos de conversores de frequência?

Os conversores de frequência alteram a frequência com que os fluxos de eletricidade ajustam o equipamento. Esses dispositivos são muito importantes em fábricas, aviões e navios. Eles ajudam a economizar energia e apoiar sistemas de energia verde. Existem três tipos principais: rotativo, estado sólido e estático. As pessoas também as agrupam pela maneira como funcionam, como são controladas e como armazenam energia. Escolher o conversor de frequência certo ajuda as empresas a economizar dinheiro e seguir as regras.

Tecnologias de conversor de frequência

Conversores de frequência rotativa

Os conversores de frequência rotativa usam motores e geradores elétricos juntos. Eles mudam a frequência de energia elétrica. Essas máquinas possuem peças móveis que vinculam a entrada e a saída. Os conversores rotativos podem lidar com muita energia. Eles funcionam bem em lugares difíceis, como ferrovias e fábricas pesadas. As pessoas os usam onde o poder deve ser constante e confiável.

Os conversores rotativos ajudam a manter os sistemas de energia estáveis. Eles usam energia armazenada em suas partes giratórias. Estudos mostram que os conversores rotativos quebram menos do que os tipos estáticos. Por exemplo, na ferrovia da Suécia, os conversores rotativos funcionaram melhor e duraram mais tempo. Mas eles podem ter problemas como torcer no eixo. Os engenheiros os correm com sistemas de controle especiais.

Principais recursos:

• Lida com muito poder e empregos difíceis

• Confiável com menos avarias

• Precisa de cuidados regulares por causa de partes móveis

Aplicações típicas:

• Ferrovias

• Fábricas

• Postos de energia

Conversores de frequência de estado sólido

Os conversores de frequência de estado sólido usam peças eletrônicas como transistores e diodos. Eles mudam a frequência da eletricidade. Esses conversores não têm peças móveis. Isso os torna menores, mais leves e fáceis de cuidar. Os conversores de estado sólido se tornaram populares na década de 1980. Agora, eles são muito usados, especialmente para energia de 400 Hz nos Estados Unidos.

Os conversores de frequência de estado sólido custam menos para comprar e executar do que os tipos rotativos. Eles não fazem emissões e precisam de menos espaço. Novos designs usam sistemas de controle inteligente. Eles podem se conectar às redes para verificações em tempo real e reparos antecipados. As ferramentas de IA ajudam a adivinhar quanto tempo esses conversores durarão. Isso os torna bons para carregadores de carros elétricos e sistemas de energia verde.

Principais recursos:

• Pequeno e leve

• Precisa de pouco cuidado e não emissões

• As ferramentas de IA ajudam a prever quanto tempo duram

Aplicações típicas:

• Aeroportos e aviões

• Data centers

• Sistemas de energia verde

Conversores de frequência estática

Os conversores de frequência estática, às vezes agrupados com tipos de estado sólido, usam eletrônicos de potência para alterar as frequências. Eles não têm partes móveis. Esses conversores agora são o tipo mais comum. Em 2023, eles representaram 68,2% do mercado. Seu design se concentra em ser confiável, eficiente e fácil de cuidar.

Os testes mostram que os conversores de frequência estática podem iniciar grandes máquinas com menos energia. Eles usam filtros especiais para reduzir o ruído elétrico e funcionar melhor. Os conversores estáticos também permitem controlar muito bem a força de inicialização. Isso ajuda a proteger máquinas.

Principais recursos:

• Sem partes móveis, tão confiáveis

• Precisa de pouco cuidado

• Funciona com eficiência e controla bem

Aplicações típicas:

• Fábricas

• Indústrias de processo

• Grandes motores e bombas

Nota: Os conversores de frequência estática, incluindo conversores de frequência de 50 Hz, são muito importantes na indústria de hoje. Eles são confiáveis ​​e fáceis de cuidar, muitas empresas os escolhem.

Tipos de conversores de frequência por método

Conversor de frequência AC-AC

Um conversor de frequência AC-AC altera uma tensão e frequência CA em outra. Não transforma o CA em DC primeiro. Este conversor usa comutadores especiais para vincular a entrada e a saída. Os conversores da matriz são do tipo comum. Eles usam uma grade de interruptores para controlar o fluxo de eletricidade.

Os conversores AC-AC são bons para controlar a velocidade do motor. Eles também ajudam as fontes de alimentação nas fábricas. Esses conversores podem ajudar a enviar energia em distâncias médias.

Um novo estudo mostrou que um novo design de conversor AC-AC funcionou com 98% de eficiência. Tinha um fator de potência de 0,97. O estudo também encontrou baixa distorção harmônica total e menor perda de energia. Isso significa que o conversor economiza energia e funciona melhor com os motores.

Vantagens:

• Alta eficiência e fator de potência

• Conversão direta, tão menos peças

• Tamanho compacto

Desvantagens:

• Sistema de controle complexo

• Precisa de comutação precisa

• Custo mais alto para projetos avançados

Usos comuns:

• Unidades motoras

• Fontes de alimentação industrial

• Transmissão de energia de média distância

Conversor de frequência AC-DC-AC

Um conversor de frequência AC-DC-AC primeiro altera a energia CA para CC. Em seguida, ele muda de volta ao CA em uma nova frequência e tensão. Este processo usa um retificador e um inversor. Muitos conversores de frequência usam esse método, especialmente para unidades de velocidade variáveis.

Os conversores AC-DC-AC permitem controlar a tensão e a frequência facilmente. Isso ajuda a executar motores em velocidades diferentes. Eles também tornam a qualidade da energia melhor e as quedas de tensão menor.

Os sistemas CA podem alterar a tensão com os transformadores. Os sistemas CC precisam de mais etapas e são mais difíceis de controlar. Os conversores AC-DC-AC são mais complexos, mas às vezes dão melhor controle e eficiência.

Estudos mostram que os conversores AC-DC-AC podem melhorar a qualidade da energia e fixar o fator de potência. Por exemplo, um conversor AC-DC-AC monofásico pode diminuir a corrente do transformador e manter a tensão de saída estável. Esses conversores são frequentemente usados ​​em fontes de alimentação ininterruptas e reguladores de tensão.

Vantagens:

• Controle de tensão e frequência flexível

• Bom para unidades de velocidade variável

• Pode melhorar a qualidade da energia

Desvantagens:

• Design mais complexo

• Custo mais alto devido a peças extras

• Precisa de refrigeração e controle cuidadosos

Usos comuns:

• Unidades de motor de velocidade variável

• Sistemas UPS

• Reguladores de tensão

Dica: Escolha o conversor de frequência certo para o trabalho. Os conversores AC-AC são melhores para alterações simples e diretas. Os conversores AC-DC-AC são melhores quando você precisa de mais controle e melhor qualidade de energia.

Tipos de armazenamento de energia de ligação CC

Conversor de frequência do tipo de tensão

Um conversor de frequência do tipo de tensão usa um link CC com um grande capacitor para manter energia. O capacitor fica entre o retificador e o inversor. Ajuda a suavizar a corrente e mantém a tensão estável. Isso interrompe picos de tensão que podem prejudicar partes sensíveis. Por exemplo, em inversores de tração, o capacitor de link CC reduz a ondulação da tensão e mantém o sistema seguro.

O capacitor de link CC também faz com que o sistema funcione melhor e durar mais. Nas turbinas eólicas, o link CC suaviza a tensão CC antes de ir para o inversor. Essa tensão constante permite que o inversor faça uma saída CA limpa. O capacitor também reduz o ruído elétrico e mantém a qualidade da energia alta.

Os engenheiros escolhem os capacitores de link DC olhando algumas coisas. Isso inclui a quantidade de carga que pode conter, quanta corrente de ondulação pode levar, sua classificação de tensão e quanto tempo dura. Eles geralmente usam diferentes tipos de capacitores juntos para obter os melhores resultados. A tabela abaixo mostra coisas importantes sobre os capacitores de link DC:

Conversor de frequência do tipo atual

Um conversor de frequência do tipo atual usa um indutor no link CC para armazenar energia como corrente. Esse design mantém a corrente estável e controla como ele flui para o inversor. O indutor ajuda a interromper a onda de energia e reduz a ondulação atual. Os conversores do tipo atual são bons para grande potência e uso da fábrica.

Novas pesquisas mostram que os conversores modernos do tipo atual usam semicondutores especiais, como SIC e interruptores híbridos. Essas mudanças os fazem funcionar melhor e embalar mais energia em menos espaço. Por exemplo, um estudo sobre conversores de alta frequência com interruptores híbridos mostrou melhor resfriamento e menos perda de energia. Os engenheiros também usam indutores especiais para diminuir as perdas de corrente de Foucault, o que ajuda o conversor a permanecer fresco e a funcionar bem.

Os conversores do tipo atual podem funcionar em frequências muito altas, às vezes até centenas de quilohertz. Isso significa partes menores e melhor desempenho. Em sistemas de energia reais, como conexões de costa de navios, os conversores do tipo atual ajudam a combinar as frequências de energia e lidar com grandes cargas com segurança.

Um inversor de frequência CC pode usar o armazenamento de energia do tipo de tensão ou atual, dependendo do que precisa fazer. A escolha altera o tamanho do conversor, como funciona bem e quanto tempo dura.

Métodos de controle de conversor de frequência

Controle v/f

O controle V/F também é chamado de controle volts-per-hertz. Mantém a tensão e a frequência na mesma proporção. Este método é bom para empregos simples para automóveis. As pessoas o usam em fãs, bombas e transportadores. Engenheiros como controle V/F porque é fácil de usar. Não precisa de sensores especiais. Ajuda os motores a rodar em velocidades diferentes. Mas não pode controlar o torque muito bem. Portanto, não é melhor para empregos difíceis.

Controle vetorial

Às vezes, o controle de vetores é chamado de controle orientado para o campo. Ele usa matemática para controlar a velocidade e o torque. Este método verifica a posição e a corrente do motor. O controle vetorial fornece resultados rápidos e precisos. Funciona mesmo que a carga mude rapidamente. As fábricas o usam para robôs, guindastes e elevadores. É bom quando você precisa de controle motor forte e exato.

Controle de frequência diferencial

O controle de frequência diferencial altera a frequência de saída, conforme necessário. Ele analisa a diferença entre o que você deseja e o que recebe. Isso ajuda a manter o sistema estável quando as coisas mudam rapidamente. Usinas de energia e grades grandes usam esse método. Ajuda a equilibrar a oferta de energia e a demanda. Os engenheiros verificam quanto a frequência e mudança de tensão. Eles também olham para a rapidez com que o sistema reage. Eles também verificam a energia de reserva.

PWM e métodos relacionados

A modulação da largura de pulso (PWM) usa interruptores rápidos para controlar a tensão e a frequência. Outros métodos como SPWM, SVPWM e PAM funcionam de maneiras semelhantes. O PWM altera a largura de cada pulso de tensão. Isso ajuda a controlar o poder. Estudos mostram a escolha da frequência PWM certa economiza energia. Também faz com que o sistema funcione melhor. Por exemplo, um novo controlador fez o sistema reagir muito mais rápido. Também reduziu a ondulação de corrente. O PWM síncrono tornou o torque melhor e os motores mais silenciosos. Os engenheiros descobriram que uma frequência PWM perto de 1 kHz funciona melhor para muitas unidades.

Dica: o PWM e seus tipos avançados ajudam os conversores a rodar em silêncio e esfriar. Eles também facilitam o controle de velocidade e torque em motores elétricos.

Tipos de inversor de frequência por aplicação

Baixa tensão e alta tensão

Os inversores de frequência de baixa tensão são usados ​​em residências e pequenas empresas. Eles também trabalham na indústria leve. Esses inversores se conectam a grades de baixa tensão. Eles geralmente lidam com cargas abaixo de 6 kW. Eles devem seguir regras estritas para controle de tensão. Eles geralmente usam energia reativa para manter a grade estável. A eficiência é melhor nos níveis mais baixos de tensão CC. Isso se encaixa no que a maioria das casas e pequenas empresas precisam. Os inversores de frequência de alta tensão são para grandes fábricas e usinas de energia. Eles também são usados ​​na indústria pesada. Esses inversores gerenciam cargas maiores. Eles devem lidar com mudanças de tensão e fator de potência mais complexas. Ambos os tipos ajudam a combinar a fonte de alimentação com o que cada local precisa.

Dica: Escolha inversores de baixa tensão ou alta tensão com base no tamanho da carga e no tipo de grade.

Monofásico e trifásico

Os inversores monofásicos dão poder a pequenas cargas. Eles são usados ​​para itens como eletrodomésticos e pequenas máquinas. Eles usam uma entrada CA monofásica. Isso os torna simples e baratos. Os inversores trifásicos alimentam máquinas maiores e equipamentos de fábrica. Eles usam AC trifásico. Isso dá uma corrida mais suave e melhor manuseio de carga. A tabela abaixo mostra as principais diferenças:

Objetivo geral e alto desempenho

Os inversores de uso geral são feitos para trabalhos normais de fábrica. Eles dão controle básico. Eles trabalham bem para bombas, ventiladores e transportadores. Os inversores de alto desempenho são para empregos difíceis em aviões, militares e indústria pesada. Esses inversores fornecem controle avançado e mais poder. Eles também trabalham em faixas de frequência mais amplas. Por exemplo, modelos de alto desempenho podem chegar a 400 Hz ou mais. Os inversores de uso geral geralmente ficam perto de 50 a 60 Hz. As fábricas escolhem inversores de alto desempenho para obter velocidade exata e controle de torque.

Alta frequência, IGBT, MOSFET

As peças dentro dos inversores afetam como eles funcionam. Os inversores baseados em IGBT são bons para tensões acima de 400 V. Eles funcionam melhor em frequências abaixo de 100 kHz. Eles podem lidar com muita energia e ficar frescos. Os inversores baseados em MOSFET são melhores em altas frequências e tensões mais baixas. Isso os torna ótimos para trocar fontes de alimentação e eletrônicos rápidos. Os inversores de alta frequência usam essas peças para fornecer energia limpa e constante em laboratórios e pesquisas. Eles também são usados ​​no aeroespacial. Os engenheiros escolhem a parte certa com base na tensão, frequência e trabalho.

Nota: Estudos mostram que coisas como tensão, corrente e temperatura ajudam a classificar e melhorar o desempenho do inversor. O aprendizado de máquina agora ajuda a assistir e fazer os inversores funcionarem melhor em plantas solares e em outros lugares.

Saber sobre os tipos de conversores de frequência ajuda as pessoas a escolher o certo. Cada tipo é melhor para determinados trabalhos. As pessoas devem pensar no que precisam e nas regras locais antes de comprar. Especialistas podem ajudar com projetos difíceis. A nova tecnologia torna esses dispositivos melhores e fáceis de usar.

Perguntas frequentes

O que um conversor de frequência faz?

Um conversor de frequência altera a frequência com que os fluxos de eletricidade. Isso permite que as máquinas funcionem na velocidade ou energia certa. Fábricas e casas as usam para economizar energia. Eles também ajudam a proteger o equipamento contra danos.

Como um conversor de frequência rotativa difere de um tipo de estado sólido?

Um conversor de frequência rotativa possui peças móveis como motores e geradores. Um conversor de estado sólido usa peças eletrônicas e não possui peças em movimento. Os tipos rotativos podem lidar com mais energia. Os tipos de estado sólido são menores e mais fáceis de cuidar.

Onde as pessoas usam conversores de frequência com mais frequência?

As pessoas usam conversores de frequência em fábricas, trens, navios e aviões. Eles também ajudam em data centers e sistemas de energia verde. Esses dispositivos mantêm as máquinas funcionando bem e ajudam a economizar energia.

Os conversores de frequência podem ajudar a economizar energia?

Sim, os conversores de frequência ajudam a economizar energia. Eles deixam motores e máquinas funcionarem apenas o mais rápido necessário. Isso reduz a energia desperdiçada e reduz as contas elétricas.