Os esforços de automação industrial e eficiência energética estão aumentando o uso de acionamentos de frequência variável (VFDs) em sistemas de motores, como transportadores, bombas e robôs industriais.A selecção de cabos para este tipo de motor é muito mais complicada do que a determinação do diâmetro do fio com base na corrente de carga e no nível de isolamento com base na tensão de funcionamento.
Os sistemas de motores VFD modernos usam eletrônicos de potência de modo de comutação para produzir um sinal de acionamento de modulação de largura de pulso (PWM) com bordas extremamente rápidas.Estes transientes rápidos aumentam os reflexos do sinal causados por incompatibilidades de impedância entre o cabo e os terminais do motor, criando ondas estacionárias que aumentam a tensão de tensão através do cabo.As capacidades linha-a-linha e linha-terra do cabo afetam o desempenho do condutor e aumentam a corrente de carregamentoUma vez que o sinal PWM do VFD contém um grande número de harmônicos de alta frequência, os cabos do motor devem ser efetivamente blindados para reduzir as interferências eletromagnéticas (EMI).
Este artigo descreve brevemente o VFD e discute os desafios enfrentados pelos projetistas na seleção de cabos de motor VFD para garantir a funcionalidade, confiabilidade e segurança necessárias para uma operação adequada.Os cabos VFD da LAPP são então apresentados e mostram como podem ser utilizados para fornecer sinais de potência e controlo estáveis, reduzindo simultaneamente a radiação EMI e a suscetibilidade a ambientes adversos.
Introdução ao VFD
A automação industrial requer que o motor funcione de forma confiável e eficiente e possa operar em qualquer direção dentro da faixa de velocidade total.é um controlador de motor que regula a velocidade e o binário de um motor de indução AC (ACIM) variando a frequência de entrada de potênciaO princípio de funcionamento do VFD é usar a entrada de retificação de CA e a saída de CC para gerar um sinal PWM para acionar o motor.largura e amplitude destes sinais de pulso, a velocidade do motor e o binário de saída podem ser controlados em vários sistemas de propulsão do motor.
Para realizar a sua função, o VFD consiste em três componentes principais (Fig. 1): um retificador que converte o CA em CC, um inversor que converte o CA em fluxo PWM e um controlador VFD.
VFD retifica entrada AC e gera sinal PWM usando DC (clique em amplificação)
Figura 1: O VFD retifica a entrada AC e usa DC para gerar sinal PWM para controlar a velocidade do motor e o binário de saída.
O controlador monitora o funcionamento do motor através de uma variedade de sensores para controlar parâmetros críticos do motor.e sensores de temperatura e vibração.
Este retificador usa diodos convencionais seguidos de filtros. O inversor adota transistores de efeito de campo de potência (FET) ou transistores bipolares de portão isolado (IGBT).Estes transistores são acionados por um controlador de porta de alta tensão isolado, que é controlado centralmente por um controlador VFD.
O VFD difere da operação convencional de CA de três fases na medida em que o sinal do motor de acionamento não é uma onda senoidal, mas um pulso PWM (Fig. 2).
Pulso PWM de VFD gera resposta de corrente sinusoidal
Figura 2: Pulso PWM de VFD gera resposta de corrente sinusoidal no enrolamento do motor.
A frequência do sinal PWM é geralmente de 2 kHz a 20 kHz. O inversor conecta alternadamente o motor aos pólos positivo e negativo do barramento AC e à tensão comum DC.A tensão do ônibus CC está próxima da tensão máxima do ônibus ACA forma de onda VFD PWM utilizada produz uma resposta de corrente sinusoidal para controlar a velocidade e o binário do motor.
Devido às características da onda PWM, são necessários cabos especiais para conectar o VFD ao motor.O cabo VFD é especialmente concebido para reduzir a radiação destes sinais de alta frequênciaAlém disso, a fim de minimizar a perda de comutação dos dispositivos de comutação do inversor e maximizar a eficiência do sistema, a velocidade de salto de pulso precisa ser definida o mais rápido possível.Isto resulta numa taxa de variação de tensão muito elevada (dV/dt) na borda do pulsoEstas características, combinadas com bordas rápidas e componentes espectrais de alta frequência, resultam em elevados níveis de interferência eletromagnética.As bordas rápidas também produzem reflexos na linha de transmissão quando a impedância do cabo mudaEsta reflexão cria uma onda estacionária no cabo, o que aumenta a tensão no cabo e exige que o cabo VFD tenha uma tensão nominal mais elevada.
A capacidade do cabo entre os condutores metálicos é outra preocupação. Quando o interruptor do inversor conecta o cabo ao barramento de CC, uma onda de corrente é gerada que carga a capacidade do cabo.Isto aumenta o nível de corrente instantânea e pode danificar o caboEsta corrente de modo comum pode fluir entre fases ou de uma fase para a terra. Esta corrente também pode entrar no circuito de terra através da estrutura do motor e passar pelos rolamentos do motor.A corrente que flui através do rolamento causa furos na superfície do rolamentoEstes problemas ocorrem tipicamente em sistemas VFD com alta tensão, alta classificação do motor (HP) e longas corridas de cabo.
Como com todos os fios e cabos, a corrente flui através da resistência de DC do cabo causando perda de energia.a resistência do cabo pode aumentar devido ao efeito da peleEstes efeitos de resistência variam com o comprimento do cabo.