Até certo ponto, a maior parte do controle automático envolve o controle do motor, especialmente na automação industrial. Aplicações como bombas, ventiladores, robôs e correias transportadoras usam motores. Quer se trate de um motor CA trifásico geral, que é ótimo para sistemas de comutação simples, ou de um motor de carga inversor projetado especificamente para operação com inversores de frequência variável (vfd), pode-se dizer que os motores são onipresentes em quase todas as indústrias de manufatura. Verifique os diferentes tipos de controles de motor CA disponíveis.
Opções de controle de motor CA
Embora existam diferentes tipos de motores em diferentes situações, o tamanho do motor é diferente para se adaptar a diferentes cargas. Diferentes tamanhos de motores trazem diferentes esquemas de partida de motores. Pequenos motores de uso geral são geralmente conectados ao circuito de alimentação principal por meio de um disjuntor ou fusível principal. O contator habilita e desabilita a alimentação do motor, enquanto a sobrecarga protege o equipamento acionado pelo motor contra sobrecorrente/superaquecimento acidental, que pode ser causado por bloqueio ou mau funcionamento.
1. Inicie o jumper do motor CA
Como o nome indica, quando o circuito é energizado, a partida de motor de linha cruzada aplica imediatamente tensão, corrente e torque total ao motor. Na indústria, as partidas de motor são o método de partida mais comum para motores de linha cruzada. Geralmente, uma partida de motor inclui um contator para abrir ou fechar o fluxo de energia para o motor e um relé de sobrecarga para proteger o motor contra sobrecarga térmica.
Em caso de falha do contator, é aplicada uma tensão na bobina, que fecha os contatos. Quando a bobina é energizada, os contatos são fechados e permanecem fechados até que a bobina seja desenergizada. Como o motor é um dispositivo de indução, cortar a corrente (magnetização, ou geração do motor e torque, ou carga) é mais difícil do que aplicá-la. Portanto, o contator deve ter potência nominal e corrente nominal.
Para proteger o motor contra sobrecorrentes em cada fase, o relé de sobrecarga possui três elementos sensores de corrente. Se a corrente de sobrecarga exceder o tempo definido do relé por tempo suficiente, um conjunto de contatos será aberto para proteger o motor contra danos.
A partida de comutação inverte a rotação do eixo de um motor trifásico trocando as duas fases que alimentam o motor. A partida magnética reversa possui contatores de avanço e reversão como parte do conjunto. Garantir que os contatores direto e reverso nunca sejam contatados simultaneamente requer intertravamentos elétricos e mecânicos.
Normalmente, o circuito de partida do motor CA pode ser controlado por um simples botão ou sinal remoto, como um controlador lógico programável (PLC).
Quando o motor cruzado é acionado, a aplicação pode funcionar na velocidade máxima do motor, quando a velocidade e o valor de queda/pico de tensão não constituem um problema. As partidas de motor são geralmente usadas para motores menores e os usuários não precisam dos efeitos de suavização elétricos e mecânicos das partidas suaves.
2. O soft starter minimiza choques elétricos e mecânicos
A utilização de soft starters apresenta vantagens tanto nos aspectos elétricos quanto mecânicos. Quando o motor é ligado em toda a linha, um choque repentino de 0 rpm até a velocidade máxima de 1.800 ou 3.600 rpm será sentido através da carga mecânica conectada na linha, geralmente produzindo 6 a 10 vezes a corrente de amperagem de carga total (FLA). O soft starter pode reduzir a carga do motor, a corrente que ele utiliza e o impacto nas máquinas a jusante.
A eletricidade não faz diferença quando a concessionária liga um motor de 1 cavalo-vapor na linha. Mas ainda há um certo impacto mecânico nos equipamentos a jusante. No entanto, ligar um motor de 300 cavalos atrairá a atenção da concessionária de energia. Picos na hora errada do dia podem resultar em cobranças. Motores maiores exercem um impacto mecânico maior nos equipamentos posteriores. A vantagem de usar um soft starter é que ele não danificará o maquinário a jusante e a companhia de energia não cobrará por esses enormes picos de corrente de partida.
O soft starter usa tensão para controlar a corrente e o torque. O torque do motor é proporcional ao quadrado da tensão aplicada. A corrente na partida está diretamente relacionada à tensão aplicada ao motor. Na maioria dos soft starters, a partida e a parada do motor consistem em três pares de retificadores controlados de silício (SCRs) back-to-back, que correspondem às três fases do motor. A direção consecutiva do tiristor pode controlar a tensão CA alterando o ângulo de ignição a cada meio ciclo. Normalmente, uma tensão total ou uma tensão limitadora de corrente é usada como tensão inicial.
A velocidade do motor puxa o contator de bypass quando ele atinge a rotação normal. Seja um bypass interno ou externo, o SCR interrompe a ignição, o que torna o soft starter mais eficiente. Após o comando de parada do motor ser fornecido, o SCR controla novamente a parada a partir do contator de bypass. O contator não gerará nem destruirá a carga, o que permite a utilização de contatores e tiristores menores.
A eficiência do soft starter está entre 99,5% e 99,9%. Geralmente, a queda de tensão no par de tiristores é inferior a 1v. A eficiência depende do tamanho do soft starter e da tensão trifásica aplicada. Em alguns casos, após a conclusão do processo de inicialização, uma partida suave com bypass integrado aciona o contator de bypass interno.
O tiristor não acende mais e toda a corrente operacional passa pelos contatos. Ao funcionar em velocidade máxima e com carga adequada, o soft starter é mais eficiente que o VFD, mas diferentemente do VFD, o soft starter não consegue controlar a velocidade do motor.
O soft starter é utilizado onde o choque elétrico e mecânico da partida do motor deve ser minimizado. Motores menores são mais para proteger as máquinas a jusante de choques mecânicos. Para motores maiores, além dos equipamentos de proteção, também pode minimizar o custo da demanda.
Os soft starters geralmente são usados com transportadores, bombas, ventiladores e sopradores. Ao contrário do VFD, os usuários não precisam se preocupar em gerar harmônicos. Entretanto, o soft starter não possui controle de velocidade.
3. Regulação da velocidade de conversão de frequência, economia de energia
Quando o controle de velocidade é um fator importante e a eficiência energética é importante, o VFD é o melhor. O VFD controla a velocidade e o torque dos motores CA ajustando a frequência e a tensão de entrada para indução CA trifásica, ímãs permanentes (internos ou de superfície) ou motores síncronos. Além da proteção contra sobrecarga, um VFD permite o controle de partida e parada, bem como ajustes de aceleração e desaceleração. A aceleração programável e a limitação de corrente controlada pelo processador podem reduzir a corrente de partida quando o motor dá partida.
A seleção de um VFD deve ser baseada na aplicação. Em primeiro lugar, deve ser considerada a curva de operação da carga. Para aplicações de torque constante, como transportadores, agitadores e compressores, e aplicações de torque variável, como bombas, ventiladores e sopradores, deve-se prestar muita atenção às classificações de sobrecarga.
Por exemplo, tentar acionar um motor de ventilador a uma velocidade superior à velocidade base pode afetar significativamente a potência necessária porque a potência do ventilador varia com o cubo da velocidade. De acordo com a lei de afinidade aplicável a bombas e ventiladores, operar um ventilador muito rápido consumirá muita energia e poderá sobrecarregar o inversor, enquanto operar a meia velocidade pode reduzir os requisitos de potência em 75% ou mais.
Os VFDs convertem energia CA em energia CC, filtram-na e depois invertem-na para produzir tensão utilizável. O valor efetivo do sinal reverso simula a tensão CA. A frequência de saída do VFD é geralmente de 0 Hz à frequência da linha de entrada CA. No entanto, quando exigido por determinadas aplicações, também são possíveis frequências mais altas. Muitos inversores CA têm usado historicamente pontes de diodo de onda completa ou pontes retificadoras controladas por silício para converter energia CA em tensão CC na seção de conversão. No entanto, o vfd com transistor bipolar de porta isolada (IGBT) é agora usado. A parte de filtragem, principalmente um banco de capacitores, suaviza a tensão CC de comutação rápida gerada pelo conversor.
Um indutor ou indutor pode ser adicionado para melhorar o fator de potência e reduzir harmônicos. A tensão CC suavizada é usada no inversor IGBT. A comutação rápida da seção do inversor produz um nível de tensão CA analógico RMS apropriado, também conhecido como forma de onda de modulação por largura de pulso (PWM). O antigo driver IGBT tem 6 pulsos. No entanto, existem agora 12 pulsos e 18 pulsos VFD.
Os VFDs modernos, como a série de inversores CA DURApulse GS4 da AutomationDirect, são ricos em recursos. Por exemplo, um dos maiores recursos do GS4 é o PLC integrado com todas as funções. Os usuários podem programar os requisitos lógicos relacionados ao inversor, como controlar múltiplas bombas. Outros recursos incluem múltiplas interfaces de comunicação de alta velocidade e corrente nominal de curto-circuito de 100ka (SCCR).
O Vfd oferece os mesmos benefícios dos soft starters e adiciona os benefícios do controle de velocidade. Quando a carga está entre 80% e 100%, a eficiência do motor é maior. Motores superdimensionados são menos eficientes do que motores de tamanho adequado, mas o VFD ajuda a minimizar essa ineficiência e a reduzir o custo do superdimensionamento a um nível ligeiramente superior ao custo inicial do inversor e do motor. A eficiência do drive geralmente está entre 95% e 98%. Quanto maior o número de pulsos no driver, maior será a eficiência. Por exemplo, a eficiência do acionamento de 6 pulsos é de 96,5% a 97,5%. A eficiência do drive de 18 pulsos é de 97,5% a 98%.
