Visão geral do sistema VFD DC Link: Energy Hub e suporte de tecnologia chave para inversores de frequência variável

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, realiza diversas funções, como buffer de energia, estabilização de tensão e supressão de harmônicos. É um subsistema chave que determina a confiabilidade e a qualidade da energia da operação do VFD. Essencialmente, ele retifica a energia CA em energia CC, armazena-a e regula-a, fornecendo uma fonte de alimentação CC estável e controlável ao estágio do inversor, conseguindo assim uma regulação precisa da velocidade e do torque do motor.

Os componentes básicos de um sistema de link CC incluem um circuito retificador, um capacitor de barramento CC (ou unidade indutora de armazenamento de energia) e circuitos correspondentes de filtragem, proteção e monitoramento. O circuito retificador geralmente emprega retificação de diodo não controlada ou esquemas controlados de retificação de tiristor/IGBT. O primeiro possui estrutura simples e baixo custo, adequado para cenários com baixa exigência de fator de potência de entrada; este último pode melhorar o fator de potência e suprimir harmônicos através do controle de fase, mas aumenta a complexidade do sistema. A saída de tensão CC pulsante do retificador é filtrada pelo capacitor do barramento CC para formar uma tensão CC relativamente estável, fornecendo energia para a ponte do inversor.

A função principal do link CC é principalmente o armazenamento de energia. Devido às diferenças de temporização entre as saídas do retificador e do inversor (por exemplo, energia reversa gerada durante a frenagem regenerativa do motor), o capacitor do barramento CC pode absorver ou liberar diferenças de potência instantâneas, evitando que flutuações drásticas de tensão CC afetem a estabilidade do inversor. Em segundo lugar, ao projetar racionalmente o valor e a topologia do capacitor de barramento, os harmônicos do lado de entrada podem ser efetivamente suprimidos, reduzindo a poluição da rede elétrica. Especialmente em cenários industriais com vários VFDs operando em paralelo, um projeto de filtragem unificado para o link CC pode melhorar significativamente a qualidade geral da energia do sistema.

Em termos de características técnicas, a estabilidade da tensão do barramento CC afeta diretamente o desempenho de saída do VFD. Tensão excessiva do barramento pode causar danos por sobretensão ao módulo inversor, enquanto tensão insuficiente pode levar a torque de saída insuficiente ou até mesmo desligamento. Portanto, os VFDs modernos são geralmente equipados com circuitos de monitoramento e proteção de tensão CC, acionando mecanismos como redução de frequência, desligamento ou dissipação de energia (por exemplo, ativação do resistor de frenagem) quando a tensão excede um limite. Além disso, para o processamento de energia regenerativa, alguns sistemas-de última geração introduzem retificação ativa-end (AFE) ou unidades de feedback para inverter a energia de frenagem em feedback CA que está em fase e frequência com a rede elétrica, melhorando a eficiência energética e reduzindo a perda de calor.

O projeto do barramento CC requer consideração abrangente das características da potência de entrada, inércia da carga, frequência de frenagem e condições ambientais. Por exemplo, cargas de alta-inércia exigem capacitores de barramento maiores para absorver energia regenerativa; ambientes de alta-temperatura exigem o uso de capacitores-resistentes a altas temperaturas e estruturas otimizadas de dissipação de calor. Com a aplicação de dispositivos semicondutores de banda larga-, a frequência de comutação e a eficiência dos links CC continuam a melhorar, enquanto o tamanho e o custo são gradualmente otimizados, tornando-os mais amplamente utilizados em novos drives de energia, fabricação inteligente e controle preciso de velocidade.

Como o "centro de energia" dos VFDs, o sistema de link CC alcança uma correspondência flexível entre a alimentação CA e a carga do motor através dos efeitos sinérgicos de retificação, filtragem, armazenamento de energia e proteção, fornecendo suporte técnico indispensável para a operação eficiente, estável e inteligente de sistemas de acionamento industriais modernos.