Princípios de projeto do sistema VFD DC Link

Em um sistema de acionamento de frequência variável (VFD), o link CC, como componente principal que conecta a unidade retificadora frontal-e a unidade inversora-de retaguarda, é projetado em torno do buffer de energia, estabilização de tensão, supressão de harmônicos e confiabilidade do sistema. Ele forma a base física para obter controle preciso da velocidade do motor e gerenciamento eficiente de energia. Este sistema, por meio dos efeitos sinérgicos de retificação, filtragem, armazenamento de energia e ajuste dinâmico, converte a energia CA da rede em energia CC controlável, fornecendo suporte de energia estável para o estágio do inversor, adaptando-se assim às mudanças de carga e condições operacionais complexas.

O projeto do link CC começa com a conversão e estabilização da forma de energia. O circuito retificador front-end normalmente emprega retificação de diodo não controlada ou retificação controlada de tiristor/IGBT: o primeiro é simples em estrutura e baixo custo, adequado para cenários com requisitos gerais de fator de potência de entrada; o último pode ajustar ativamente a forma de onda da corrente de entrada por meio do controle de fase, melhorando o fator de potência e suprimindo harmônicos, mas aumentando a complexidade do controle. A saída de tensão CC pulsante do retificador contém ondulação significativa, que precisa ser filtrada por um capacitor de barramento CC ou unidade de armazenamento de energia indutora para limitar as flutuações de tensão dentro de limites aceitáveis, formando uma tensão de barramento CC relativamente estável para fornecer energia para a ponte do inversor.

O buffer de energia é uma das principais funções do link CC. Como o fluxo de energia se inverte quando o motor alterna entre os estados de motorização e frenagem regenerativa (por exemplo, o motor devolve energia ao barramento CC durante a frenagem), o capacitor do barramento CC deve ter capacidade suficiente e suportar tensão para absorver ou liberar diferenças instantâneas de potência, evitando flutuações severas de tensão do barramento que poderiam causar danos por sobretensão ao módulo inversor ou torque de saída insuficiente. Seu projeto de capacidade deve considerar de forma abrangente a inércia da carga, a frequência de frenagem, a amplitude de flutuação da tensão da rede e o coeficiente de ondulação da tensão do barramento permitido para garantir a estabilidade da tensão mesmo sob as condições operacionais mais exigentes.

A supressão harmônica e a otimização da qualidade de energia são extensões importantes do projeto do link CC. Os circuitos retificadores não controlados geram um grande número de-harmônicos de baixa ordem (como o 5º e o 7º harmônicos), que não apenas poluem a rede elétrica, mas também podem causar perdas na linha e falhas no equipamento. Ao introduzir reatores de entrada, reatores de suavização CC ou empregar topologias retificadoras de múltiplos-pulsos (como 12-pulsos ou 24 pulsos), a injeção de corrente harmônica na rede pode ser efetivamente suprimida. Para cenários exigentes, a tecnologia de retificação front-end ativa (AFE), por meio de dispositivos eletrônicos de potência totalmente controlados e algoritmos de controle avançados, atinge corrente de entrada senoidal e operação de fator de potência unitário, melhorando significativamente a qualidade da energia do sistema.

Mecanismos dinâmicos de ajuste e proteção são cruciais para garantir a confiabilidade dos princípios de projeto. A tensão do barramento CC precisa ser monitorada em tempo real. Quando a tensão excede o limite (sobretensão ou subtensão), o sistema de controle deve acionar estratégias de proteção correspondentes: em caso de sobretensão, o excesso de energia pode ser dissipado no resistor de frenagem através de um chopper de frenagem, ou convertido de volta em energia CA através de uma unidade de feedback e realimentado para a rede; em caso de subtensão, a potência de saída deve ser limitada ou o sistema desligado para evitar danos ao módulo inversor devido à energia insuficiente. Além disso, a indutância e a capacitância parasitas no link CC podem formar circuitos ressonantes; portanto, resistores de amortecimento ou fiação otimizada devem ser usados ​​no projeto para suprimir oscilações de alta-frequência e evitar interferência com sinais de controle.

Do ponto de vista topológico, os links CC podem ser categorizados em barramento CC único e tipos de barramento CC de vários{0}níveis. As estruturas de barramento CC único são simples e-de baixo custo, adequadas para aplicações de pequena e média potência. Barramentos CC de vários{4}}níveis, por meio de capacitores de divisão de-tensão ou estruturas de ponte H-em cascata, podem reduzir a tensão de resistência do dispositivo e os harmônicos de saída, tornando-os adequados para cenários de acionamento de alta-tensão e alta{8}}potência. O projeto de dissipação de calor também deve ser considerado, pois o aumento da temperatura dos capacitores do barramento CC e dos dispositivos de energia afeta diretamente a vida útil e o desempenho. Layout adequado, dissipadores de calor eficientes ou sistemas de refrigeração líquida são necessários para controlar a temperatura operacional.

No geral, o princípio de projeto dos sistemas de link CC VFD está centrado na conversão e estabilidade de energia. Através da otimização sinérgica da seleção da topologia do retificador, configuração da unidade de armazenamento de energia, tecnologia de supressão de harmônicos e mecanismos de proteção dinâmica, é construído um canal de energia flexível conectando a rede elétrica e o motor. A qualidade do projeto determina diretamente a precisão da regulação de velocidade, a confiabilidade operacional e a eficiência de utilização de energia do VFD, tornando-o um pilar tecnológico indispensável na transmissão industrial moderna e no controle de economia-de energia.