Desmistificando a mecânica do estágio inversor em variadores de frequência CA-CC-CA

Os variadores de frequência modernos dependem de um processo de conversão em três fases para controlar o comportamento do motor elétrico. O retificador inicial transforma a eletricidade da rede em corrente contínua, enquanto o banco de condensadores intermédio suaviza a ondulação de alta tensão ao longo do percurso do barramento CC intermédio.

A secção final de um variador de frequência executa a tarefa operacional mais exigente. Recebe corrente contínua estável e converte-a novamente em corrente alternada controlável, fornecendo a potência dinâmica necessária para motores de indução industriais em aplicações de fabrico complexas.

Mecânica da Conversão de Corrente Contínua
O estágio inversor converte corrente contínua estável em corrente alternada trifásica ajustável através de sequências rápidas de comutação de Transistores Bipolares de Porta Isolada (IGBTs). Utilizando a Modulação por Largura de Pulso (PWM), os interruptores de alta frequência modulam a tensão CC constante em impulsos de tensão de largura variável e temporização precisa.

Durante a conversão, os semicondutores comutam milhares de vezes por segundo para simular ondas sinusoidais. Esta velocidade de comutação precisa cria frequências de saída variáveis, operando de forma semelhante a um conversor de frequência digital de 60 Hz para 50 Hz monofásico, adaptando-se às diferenças regionais nos padrões de energia dos equipamentos.

Execução da Modulação por Largura de Pulso (PWM)
Os transístores de alta potência ligam e desligam rapidamente para gerar blocos de tensão discretos.

A variação da duração dos impulsos controla a tensão média de saída fornecida aos terminais de saída.

A alternância de pares de transístores altera a polaridade da corrente para formar ondas sinusoidais sintéticas suaves na saída.

Geração de Fase e Regulação de Velocidade
A criação da rotação adequada do motor exige três fases de corrente distintas, desfasadas de 120 graus. Os microprocessadores de acionamento calculam os tempos de disparo precisos para seis interruptores internos, de forma semelhante à conversão de frequência realizada por um módulo monofásico compacto de conversor de frequência de 50 Hz para 60 Hz.

As frequências de comutação da portadora elevadas reduzem o ruído elétrico e suavizam os harmónicos da corrente de saída.

A inserção de tempo morto integrada impede a condução simultânea entre os pares de chaves da ponte.

Os algoritmos do microprocessador mantêm relações constantes entre a tensão e a frequência para um binário estável do motor.

A modulação da tensão CC em impulsos variáveis ​​permite um controlo de velocidade contínuo, sem perdas de binário. O ajuste da largura do impulso permite que a ponte inversora transforme a energia CC estática em energia CA flexível, que alimenta os modernos sistemas de automação industrial.