INVT GD880 VFD de quatro quadrantes em uma bancada de teste de motor hidráulico

1. Contexto

Este é o primeiro sistema de teste de carga de motor hidráulico com realimentação de energia de alta potência desenvolvido por um renomado fabricante nacional de componentes e sistemas hidráulicos. Ele é utilizado para o desenvolvimento, teste e aplicação técnica de sistemas hidráulicos dentro da empresa. Durante a operação, o motor de acionamento gira a bomba hidráulica por meio de um acoplamento. O motor em teste é acionado pela bomba hidráulica e conectado ao motor de carga por meio de um acoplamento. O motor de carga fornece o torque de carga necessário ao motor em teste, possibilitando assim o teste de carga do motor.

Comparado aos sistemas tradicionais de teste de carga de motor, o sistema de carga com realimentação de energia é uma solução ideal para testes de carga de motor hidráulico. Este sistema apresenta alta velocidade de resposta e alta eficiência energética. Durante o teste, a maior parte da energia mecânica consumida pela carga pode ser realimentada na rede elétrica através do inversor de frequência, proporcionando assim testes de economia de energia. A unidade de realimentação de retificação ativa, que opera em quatro quadrantes, não apenas elimina harmônicas de ordem superior e melhora o fator de potência, como também não é afetada pelas flutuações da rede. Isso o torna especialmente adequado para bancadas de teste integradas para testes de bombas hidráulicas e motores.

Diagrama esquemático do sistema de carregamento de feedback de energia

2. Necessidades do cliente

O motor de indução CA, por poder operar tanto no modo de motorização quanto no modo de geração, requer que o inversor de frequência ajuste o motor de indução em diferentes condições de operação para atingir a operação em quatro quadrantes, tanto para a motorização quanto para o feedback de energia. Ao mesmo tempo, deve atender aos seguintes requisitos:

* Controle vetorial em malha fechada: Suporta o controle de velocidade e torque e atende às condições de teste de sobrecarga pesada do motor.
* Precisão de estabilidade de alta velocidade: Suporta testes de fadiga de longa duração do motor em teste.
* Resposta rápida de torque: Suporta testes frequentes de impacto para frente e para trás do motor hidráulico dentro da velocidade e torque nominais.

* Baixos harmônicos: Não interfere com equipamentos e instrumentos de baixa tensão ao redor.

* Controle de Comunicação em rede: Suporta os requisitos de controle de comunicação Modbus e Profinet.

3. Solução

De acordo com os requisitos de controle do banco de testes, a INVT fornece uma solução completa para o gabinete de conversão de frequência de quatro quadrantes, utilizando os produtos de acionamento de engenharia da série GD880. A solução integra um gabinete de entrada, um gabinete retificador ativo, um gabinete inversor e um gabinete de controle. Os produtos são projetados modularmente com base no conceito DFX (Design for Excellence), empregando algoritmos de controle avançados, e oferecem excelente desempenho em controle de velocidade e torque. A topologia e o layout do gabinete são os seguintes:

Topologia do sistema

Painel de Entrada: Inclui disjuntor de proteção de entrada, componentes de buffer de energização e módulo de fonte de alimentação.
Painel do Retificador: Inclui unidade retificadora ativa, unidade de filtro LCL, fusível rápido e barramento CC.
Painel do Inversor: Inclui unidade inversora, reator de saída, fusível rápido e filtro de modo comum.
Painel de Controle: Inclui caixa de controle do retificador ativo, caixa de controle do inversor, painel de operação e circuitos de controle auxiliares, etc.

4. Valor da Solução

O Painel de conversão de frequência de quatro quadrantes GD880 utiliza um esquema de retificação simples e inversão dupla. A seção de retificação emprega tecnologia de retificação ativa de harmônica ultrabaixa. A caixa de controle da unidade adota a mais recente arquitetura de três chips DSP+FPGA+ARM. Os sinais de E/S, barramento, encoder e outros componentes, bem como os algoritmos do motor, são processados uniformemente pelo DSP para uma resposta eficiente. O monitoramento Ethernet, o relógio em tempo real e o armazenamento em cartão SD são gerenciados pelo ARM para operações em tempo real. DSP, FPGA e ARM comunicam-se em tempo real através de um barramento de alta velocidade para obter cálculos de controle de malha de alta velocidade e precisão, bem como controle de geração de ondas, garantindo excelente resposta dinâmica e desempenho de controle do sistema de acionamento. Ao mesmo tempo, o inversor de frequência de quatro quadrantes GD880 também possui os seguintes recursos:

* Operação de quatro quadrantes do retificador ativo: utilizando malha de tensão de barramento CC, transformação de coordenadas e tecnologia de transformação vetorial VD, o acionamento IGBT é controlado automaticamente de acordo com a tensão da rede, a tensão do barramento e a corrente de entrada, garantindo efetivamente a qualidade da energia de retorno; a corrente de entrada do inversor é pequena, o fator de potência é alto (≥ 0,99 em carga total), a densidade de potência e o conteúdo harmônico é pequeno (THDI < 5% em potência nominal) e THDU < 5%), reduzindo significativamente a poluição da rede elétrica;

* Excelente capacidade de sobrecarga: Com base na corrente operacional contínua IHD, o sistema permite sobrecarga contínua de 150% por 60 segundos ou sobrecarga contínua de 180% por 10 segundos durante o ciclo de carga. Atende às condições de teste para operações com motores hidráulicos de alta carga.

* Alta Resposta Dinâmica e Precisão do Controle de Velocidade: Resposta de Torque: < 5 ms, Precisão do Controle de Velocidade: ± 0,01%. Essas características atendem plenamente aos requisitos para testes de motores hidráulicos, incluindo o teste de impacto de alta velocidade para frente e para trás de 30 ciclos por minuto, bem como o teste de fadiga de longa duração.

* Controle Redundante de Múltiplos protocolos: O sistema suporta os principais protocolos de comunicação (Modbus, Profibus-DP, Profinet, CANopen, etc.) e controle de barramento de canal duplo. Ele também suporta comutação interna para solucionar problemas de redundância de comunicação e backup no controle de processos, garantindo uma comunicação suave e confiável.

* Projeto profissional de painéis: todo o conjunto de painéis VFD, desde o projeto até a produção, está sob um sistema abrangente de controle de qualidade. Os painéis de alimentação do circuito principal são verificados por meio de testes padronizados; simulação térmica do painel, simulação mecânica e outros meios de projeto especializados para proteger eficazmente a durabilidade e a confiabilidade do produto.

 5. Resumo

Devido à ampla faixa da curva característica externa do motor assíncrono, ele pode atender a testes de quase todos os parâmetros dentro de sua faixa de cobertura. Quando a velocidade está acima de 200 rpm, a eficiência de recuperação de energia pode variar de 50% a 70%. No entanto, o investimento inicial é relativamente alto, tornando-o particularmente adequado para condições de teste que exigem operação contínua de longa duração, alta confiabilidade e alta velocidade e potência.

O inversor de frequência de quatro quadrantes da série INVT GD880 é utilizado nesta plataforma de teste, fornecendo forte suporte para a melhoria do desempenho e da qualidade do motor hidráulico, otimização e ajuste de sistemas hidráulicos e o desenvolvimento de novas tecnologias