A realidade da saída de um inversor de frequência: comparando pulsos quadrados PWM com ondas sinusoidais puras

As sondas do osciloscópio revelam uma realidade surpreendente nos variadores de frequência: um variador de frequência fornece uma tensão sinusoidal nula. Em vez disso, os terminais emitem blocos quadrados rígidos de modulação por largura de pulso (PWM), dependendo da impedância indutiva do motor a jusante para produzir uma corrente alternada suave.

Mecanismos de Comutação de Estado Sólido por Trás da Síntese de Formas de Onda
As topologias de comutação modernas dependem de transístores bipolares de porta isolada (IGBTs) que alternam rapidamente os barramentos CC internos. Durante o funcionamento em campo de uma unidade monofásica de conversor de frequência de 60 Hz para 50 Hz, os algoritmos de microprocessador alteram as larguras de pulso a frequências de quilohertz, simulando padrões de fluxo sinusoidal sem geração analógica.

Sequência de Síntese Bifásica
A formação do barramento de corrente contínua retifica a energia da rede elétrica através de pontes de díodos, filtrando as flutuações de tensão de alta amplitude nos condensadores internos para estabelecer um potencial de corrente contínua estável, capaz de alimentar as matrizes de comutação no circuito.

A modulação do disparo do gate orquestra transições em nanossegundos entre pares de transístores, variando os ciclos de trabalho positivos e negativos ao longo de períodos de onda individuais, de modo a que os enrolamentos indutivos registem médias de tensão semelhantes a funções periódicas senoidais padrão.

Consequências práticas para os sistemas de isolamento elétrico
Pulsos de dV/dt severos e com frente íngreme geram ondas estacionárias de alta frequência nos cabos de alimentação. A operação de um conversor de frequência de 50 Hz a 60 Hz num sistema monofásico com motores antigos, sem condicionamento de saída, acelera a rutura dielétrica, uma vez que os picos de pulso refletidos podem facilmente duplicar os valores nominais da tensão CC.

Os filtros de onda sinusoidal LC reconstroem uma tensão sinusoidal limpa antes dos terminais do motor, reduzindo a distorção harmónica total e eliminando falhas prematuras entre espiras durante o funcionamento contínuo com uma elevada taxa de portadores.

Os reatores de linha magnéticos atenuam os picos de corrente severos e protegem os enrolamentos do estator contra a rápida degradação do isolamento dielétrico, garantindo um desempenho térmico equilibrado em longos troços de cabo sem saturação excessiva do núcleo.

Tratar as saídas de acionamento como trens de impulsos quadrados sintéticos, em vez de curvas sinusoidais genuínas, exige um encaminhamento adequado dos cabos, a seleção de filtros e as classes de isolamento apropriadas, evitando paragens repentinas das máquinas devido a tensões elétricas não detetadas.