Variator de frecvenţă

Acest articol are nevoie de atenţia unui expert în electrotehnică.
Recrutaţi unul sau, dacă sunteţi în măsură, ajutaţi chiar dumneavoastră la îmbunătăţirea articolului!

Acest articol sau această secţiune are bibliografia incompletă sau inexistentă.
Puteţi ajuta găsind susţinere bibliografică pentru conţinutul paginii.

Un variator (sau convertizor) de frecvenţă (în engleză Variable Frequency Drive - VFD), numit şi variator de turaţie (în engleză Variable Speed Drive - VSD), este un aparat care generează o tensiune electrică alternativă de frecvenţă variabilă, folosit pentru acţionarea motoarelor electrice în aplicaţii unde este necesară varierea turaţiei lor. Folosirea lor poate conduce la importante economii de energie electrică, ele eliminând deasemenea şocul de curent care apare la pornirea directă a motoarelor.

Cuprins

[modifică] Principiul de funcţionare

Schema generală a unui variator de frecvenţă

Variatoarele de frecvenţă sunt compuse din 3 părţi principale, un redresor, un filtru capacitiv (sau capacitiv-inductiv) şi un invertor. Comanda tranzistoarelor invertorului este dată de un microprocesor şi are la bază principiul modulării în lăţime a impulsurilor (în engleză PWM - Pulse Width Modulation).^[1] Tranzistoarele sunt de obicei de tip IGBT (în engleză Insulated Gate Bipolar Transistor), şi ele comută la frecvenţe de ordinul 10-20 kilohertzi. Mărirea acestei frecvenţe produce un curent mai “sinusoidal” prin motor, însă proporţional cresc şi pierderile de comutaţie; alt dezavantaj este reducerea lungimii maxime permise a cablului electric dintre variator şi motor.

În acelaşi timp cu frecvenţa se modifică şi valoarea tensiunii, pentru a păstra un cuplu dezvoltat de motor constant. De exemplu, dacă motorul operează în regim nominal la 400V şi 50Hz, când reducem viteza lui la jumătate, deci frecvenţa la 25Hz, tensiunea de alimentare va fi scăzută de variator, în mod automat, la 200V. De reţinut că tensiunea este formată de fapt din pulsuri, reducerea tensiunii însemnând de fapt reducerea lăţimii pulsurilor. Funcţionarea la viteze (frecvenţe) peste cea nominală este posibilă; în acest caz tensiunea va rămâne constantă, ceea ce va conduce la o scădere a cuplului dezvoltat de motor.

Variatoarele de frecvenţă pot funcţiona în buclă deschisă sau buclă închisă. În buclă deschisă înseamnă că nu au nici o informaţie despre viteza reală a motorului acţionat. În acest caz se foloseşte o modelare matematică a motorului, în memoria microprocesorului, astfel încât în funcţie de curentul absorbit de acesta se poate face o estimare a vitezei sale. Această metodă funcţionează bine peste frecvenţe de 10 Hz. Pentru o bună funcţionare în tot domeniul de turaţie se folosesc encodere montate pe motor, care trimit microprocesorului poziţia rotorului în timp real (funcţionare în buclă închisă).

[modifică] Modele de variatoare de frecvenţă

Variatoarele folosite în joasă tensiune se găsesc în modele variind de la 0,2 kW până la 750 kW. În medie tensiune ele generează tensiuni tipice de 2400V, 3300V sau 4160V. Pentru motoare de tensiuni mai mari se folosesc transformatoare electrice ridicătoare montate la ieşirea din variator.