Como selecionar variadores de frequência para um melhor controlo e eficiência do motor

Ao selecionar variadores de frequência, é necessário ter em conta algumas dicas para garantir que o investimento vale a pena ao longo do tempo. Os avanços na tecnologia de motores eléctricos de alta velocidade, juntamente com as melhorias no custo e no desempenho dos sistemas VFD (variadores de frequência), fazem com que valha a pena considerar o acoplamento direto de um motor elétrico sem engrenagens a uma bomba.

Em geral, um variador de frequência utiliza uma fonte de alimentação CA e converte-a em energia CC. A parte de controlo de velocidade do variador utiliza a tensão CC para criar impulsos CC de frequência variável para acionar o motor de saída a velocidades diferentes de 3.600 rpm ou 1.800 rpm ou outra velocidade, dependendo do número de pólos com que o motor foi concebido para funcionar. Uma tensão de alimentação de 60 ou 50 Hz CA.

Qual é a dimensão do conversor de frequência? O tamanho do VFD deve ser escolhido com base na corrente máxima do motor no pico da procura e não com base na potência do motor. O arranque constante, a paragem e as cargas dinâmicas afectam muito mais a eletrónica no interior da VFD do que o efeito que têm no barramento de alimentação local e num arrancador de motor de tensão total. Por conseguinte, deve ser utilizada a corrente de exigência máxima. 

Pode ser tentador dimensionar um variador de frequência (VFD) apenas com base na potência. No entanto, há outros factores a considerar antes de selecionar o melhor VFD para a sua fábrica. É por isso que, neste artigo, explicamos como selecionar variadores de frequência para melhorar o controlo e a eficiência do motor, bem como a vida útil do motor e outros parâmetros.

Como selecionar variadores de frequência para melhorar o controlo e a eficiência do motor em sete passos

1. Compreender as vantagens e as características: O maior benefício é a redução do consumo de energia quando se utilizam dispositivos como sopradores, ventiladores e bombas centrífugas a velocidades mais baixas. Outras vantagens da utilização de VFD's incluem:

• Velocidade e binário ajustáveis.
• Redução da aceleração do motor no arranque.
• Paragem e marcha-atrás controladas.

As características descrevem o capacidade do conversor de frequência A variação da velocidade do motor permite otimizar o trabalho exigido por uma máquina ou processo, uma vez que apenas é fornecida a velocidade necessária. Isto contrasta com o funcionamento do motor à velocidade máxima e a aceleração da saída, o que é ineficiente, reduz a vida útil do motor e aumenta a manutenção do motor e do equipamento de controlo.

Ao selecionar variadores de frequência, deve ter-se em conta que a aceleração controlada reduz a corrente de arranque e prolonga a vida útil do motor. Isto é especialmente verdade em aplicações que requerem arranques e paragens frequentes, tais como inversores de frequência para a indústria alimentar para ajudar a melhorar a segurança das instalações.

2.  Escolha o VFD com base no tamanho da carga: O dimensionamento dos VFDs requer muitas vezes mais do que simplesmente fazer corresponder a potência nominal ao motor. O perfil de funcionamento da carga que controla deve ser considerado. Cargas constantes ou variáveis, arranques e paragens frequentes ou funcionamento contínuo também devem ser considerados na seleção do equipamento.

Deve ser dimensionado para o binário máximo exigido e não apenas para a potência. Em determinadas condições, o motor pode exigir mais potência e/ou binário, e pode ser necessário sobredimensionar o motor quando as cargas dinâmicas ou as cargas de choque criam condições de sobrecarga temporárias. 

3. Determinar as opções de travagem: Um VFD também pode precisar de uma pequena ajuda para abrandar uma carga. Embora possa parar cargas de inércia moderada, cargas de inércia elevada podem causar uma condição de sobretensão no conversor. Para uma desaceleração rápida de cargas pesadas, deve ser considerada uma resistência de travagem dinâmica externa.

A resistência de travagem permite que a VFD produza um binário de travagem adicional, reduzindo a tensão gerada por um motor em desaceleração. Sem a resistência de travagem, os VFDs típicos fornecem aproximadamente 20 por cento de binário de travagem. 

4. Interface para o VFD: As VFDs são controladas por entradas/saídas (E/S) analógicas, discretas e com fios; ou por comunicações digitais. As entradas discretas para a VFD, normalmente saídas de um PLC, são utilizadas para arrancar e parar o variador, embora também possam ser utilizados botões manuais e interruptores selectores.

As saídas discretas são um fator importante a considerar na seleção de variadores de frequência, porque incluem a presença de falhas, a frequência atingida, a velocidade diferente de zero e a indicação local/remota. Alguns variadores de topo de gama também incluem saídas de frequência para referência de velocidade. A saída analógica do variador, quando disponível, também tem os mesmos níveis de sinal. 

5. Compreender as opções de comunicação digital: Os protocolos de comunicação digital permitem que os comandos e a informação sejam comunicados entre um PLC e o VFD através de um único cabo, por oposição a muitos cabos. Os protocolos variam desde interfaces de série simples a opções de comunicação Ethernet e fieldbus mais avançadas, como EtherNet/IP.

Estas interfaces de comunicação permitem que a VFD seja controlada por um dispositivo principal, como um PLC ou outro controlador avançado. E pode eliminar a necessidade de cablagem de E/S analógica e discreta, permitindo a monitorização da velocidade, corrente, falha e outros parâmetros da unidade. 

6. Especificar os parâmetros de funcionamento. Do ponto de vista do controlo, o VFD não deve ser parado de forma rotineira através da abertura de um contactor na tensão de alimentação de entrada, uma vez que isso reduz a sua vida útil. Isto só deve ser feito para fins de paragem de emergência. 

A E/S de disco ou as comunicações devem controlar o arranque-paragem em todos os outros casos. Estes e muitos outros procedimentos de instalação e funcionamento estão descritos no manual e devem ser seguidos cuidadosamente, devendo o fornecedor da VFD ser contactado em caso de dúvidas.

7. Manuseamento de ruído e harmónicos: As VFDs geram ruído elétrico e harmónicos que podem causar danos nos motores, equipamento, transformadores e cablagem de alimentação. Felizmente, os filtros e os reactores de linha ou de carga podem minimizar muitos problemas. 

A maioria das instruções de instalação para a seleção de VFDs recomenda a utilização de filtros de harmónicos passivos, tais como reactores e bobinas de linha CA. Estes dispositivos reduzem as harmónicas e protegem as VFDs de picos transitórios no lado da linha do conversor.

A utilização dos sítios Web dos fabricantes e de informações educativas pode tornar qualquer pessoa responsável pelo controlo num perito na seleção de variadores de frequência, o que é possível se reconhecer os factores a considerar ao incorporar variadores de frequência em processos industriais. Para mais informações, convidamo-lo a subscrever a Boletim informativo sobre tecnologia para a indústria.