Explicação dos inversores CA: como funcionam os VFDs, benefícios, seleção e aplicações

Se você estiver atualizando um painel de controle de motor, o inversor de CA determina quanta energia seu motor consome e com que precisão você pode controlá-lo. Em muitas reformas em cargas de ventiladores e bombas, a instalação de uma reduz o consumo de energia em 20-40%. Mas um inversor só proporciona essas economias se corresponder ao motor, à carga e ao ambiente de instalação. Este guia explica o que são inversores CA, como selecionar um e os detalhes de instalação que são fáceis de ignorar.

O que é um inversor CA

Um inversor CA é um dispositivo eletrônico que controla a velocidade e o torque de um motor de corrente alternada, variando a frequência e a tensão fornecidas a ele. Também é chamado de inversor de frequência variável, ou VFD, e em algumas indústrias é simplesmente conhecido como inversor.

O inversor recebe uma alimentação CA fixa da rede ou do sistema de distribuição da planta e a converte em uma saída controlada. Os principais componentes internos são o retificador, um barramento CC, um estágio inversor e uma placa de controle. A interface do operador permite definir parâmetros de velocidade, aceleração e proteção.

Como funcionam os inversores CA

A velocidade do motor de indução é proporcional à frequência da tensão de alimentação. A velocidade síncrona é calculada como 120 vezes a frequência dividida pelo número de pólos. Quando o inversor reduz a frequência de saída, o motor desacelera.

A tensão e a frequência devem mudar juntas. Manter a relação entre tensão e frequência constante mantém o fluxo magnético no motor. Em baixas velocidades, o inversor adiciona um aumento de tensão para produzir torque de partida suficiente.

Duas plataformas principais de controle

O controle V/f é o método de malha aberta. Ele define a tensão e a frequência de acordo com uma curva predeterminada e é simples, robusto e adequado para a maioria das aplicações de ventiladores, bombas e compressores. O controle vetorial usa um algoritmo de malha fechada, geralmente com um codificador, para regular o torque e a velocidade com uma precisão muito maior. É usado em guindastes, elevadores, extrusoras e máquinas-ferramentas onde a carga muda rapidamente.

Por que usar inversores CA

A razão mais forte para usar um Inversor CA é a economia de energia em cargas de velocidade variável. Ventiladores e bombas centrífugas seguem as leis de afinidade: a potência muda com o cubo da velocidade. Reduzir a velocidade de 100% para 80% altera a entrada de energia para aproximadamente 51% do valor original. Uma ventoinha de 90 kW funcionando a 70% da velocidade consome cerca de um terço da energia necessária em velocidade máxima e, em comparação com o controle de amortecimento, a economia fica normalmente na faixa de 40-60%.

Além da economia, um drive também melhora a consistência do processo. Misturadores, extrusoras e máquinas têxteis dependem de velocidade estável para manter a qualidade do produto repetível. Na extrusão, uma pequena variação de velocidade cria uma diferença na espessura da linha que termina como resíduo. O recurso de aceleração controlada reduz o estresse mecânico nas correias, caixas de engrenagens e acoplamentos, o que reduz os custos de manutenção e aumenta a vida útil do equipamento.

A partida direta consome de seis a oito vezes a corrente nominal do motor. Um inversor limita a corrente de partida a um valor tão baixo quanto 1,5 a 2 vezes a corrente nominal, reduzindo a queda de tensão na linha da planta e choques mecânicos em engrenagens, correias e eixos.

Tipos e aplicações

Os inversores CA geralmente são agrupados por tensão de saída. Os inversores de baixa tensão cobrem 200-690 V e são usados ​​para motores de algumas centenas de watts a cerca de 500 kW. Os inversores de média tensão cobrem 2,3-11 kV e atendem motores de alta potência na faixa de megawatts.

As aplicações industriais comuns incluem:

• Bombas centrífugas e ventiladores em sistemas de tratamento de água, HVAC e caldeiras
• Compressores de ar em instalações com grandes variações de pressão
• Misturadores, centrífugas e agitadores no processamento químico e de alimentos
• Elevadores, guindastes de pórtico e talhas que exigem mudanças suaves de velocidade
• Máquinas-ferramentas CNC, tornos verticais e máquinas de corte rotativas
• Extrusoras e refinarias nas indústrias de borracha e plásticos

A Raynen Technology também publica soluções de aplicação para máquinas específicas, como modernizações de economia de energia de compressores de ar, sistemas de ventiladores de caldeiras, sopradores de aeração para tratamento de esgoto, abastecimento de água com pressão constante e extrusoras de parafuso. A mesma plataforma de acionamento pode ser configurada para corresponder a esses projetos mecânicos.

Como selecionar um inversor CA

Comece pela placa de identificação do motor, não por um catálogo. A classificação do inversor deve ser baseada na corrente do motor e não na potência do motor. Para cargas de torque variável, como ventiladores e bombas, o inversor geralmente pode ter o mesmo tamanho do motor. Para cargas de torque constante, deixe uma margem de um ou dois tamanhos de inversor acima da classificação do motor.

A característica do torque de carga é a primeira coisa a identificar. Cargas de torque variável têm torque que aumenta com o quadrado da velocidade. Cargas de torque constante fornecem o mesmo torque em toda a faixa de velocidade, e cargas de potência constante reduzem o torque à medida que a velocidade aumenta.

Outros fatores incluem temperatura ambiente, altitude e tipo de gabinete. A maioria dos drives tem capacidade reduzida acima de 40 graus Celsius e acima de 1.000 m de altitude. Se o cabo do motor tiver mais de 50 m, pergunte sobre um reator de saída para proteger o enrolamento do motor contra picos de tensão refletidos.

Se o inversor precisar ser monitorado a partir de um CLP ou SCADA, verifique qual interface de comunicação está disponível. Ambientes empoeirados, úmidos ou quimicamente agressivos exigem uma classificação de proteção de entrada mais alta ou um gabinete adequado.

Considerações sobre instalação e aquisição

A distorção harmônica é um problema comum quando vários inversores alimentam o mesmo transformador. A adição de um reator de linha ou de uma bobina CC reduz a distorção da corrente e geralmente é uma forma de baixo custo de atender aos limites locais de qualidade de energia.

Frenagem: se a carga puder revisar o motor, por exemplo, um guindaste baixando uma carga ou um transportador parando com uma carga pesada, você precisará de um resistor de frenagem dinâmica ou de uma unidade regenerativa.

Nunca se esqueça da documentação e do suporte pós-venda. Solicite o manual do usuário, os desenhos elétricos e o software de configuração no idioma usado pelos seus técnicos. A Raynen Technology publica esses materiais em seu centro de download . Se o fornecedor do inversor não fornecer esses itens antecipadamente, você corre o risco de tempos de comissionamento mais longos e custos de reparo mais elevados posteriormente. Para um motor e carga específicos, o suporte técnico é o lugar certo para confirmar o tamanho e a compatibilidade da unidade antes de fazer o pedido.

Drives Raynen para aplicações industriais de CA

Raynen Technology, a marca de automação industrial por trás de raynendrive.com, projeta e fabrica inversores CA junto com soft starters, servossistemas, PLCs e interfaces homem-máquina. A empresa foi fundada em 2007 e está listada na Bolsa de Valores de Xangai. O portfólio de produtos destina-se a cobrir as camadas de controle, acionamento e execução de uma máquina completa.

Para aplicações padrão de ventiladores, bombas e têxteis de baixa tensão, o drive RVE21 Smart fornece uma solução compacta e fácil de usar com configuração de parâmetros simples. Quando o processo precisa de controle preciso de velocidade e torque, o acionamento vetorial RVE32 oferece desempenho de malha fechada para guindastes, elevadores, misturadores e máquinas-ferramentas. Para motores de alta potência em serviços de abastecimento de água e petroquímicos, a série RVE1000 suporta alimentação de média tensão de até 11 kV.

O catálogo da empresa também inclui soft starters de baixa e média tensão, CLPs, IHMs, servomotores e servodrives. Essa amplitude é importante por dois motivos. Primeiro, você pode obter suporte de engenharia consistente de um fornecedor. Em segundo lugar, o drive pode ser integrado a um sistema de controle completo que inclui o PLC e a IHM, o que acelera o comissionamento.

Inversor CA inteligente de baixa tensão RVE21 para motores de 55 a 200 kW A série RVE21 oferece ampla faixa de tensão e capacidade de sobrecarga de até 200%, com blindagem removível para instalação lado a lado. Seu design de vias aéreas independentes garante resfriamento confiável, tornando-o uma escolha econômica para integração com sistemas PLC e IHM. Ver Produto →

Inversor CA vetorial RVE32 para aplicações de alta potência de até 800 kW A série RVE32 possui controle vetorial sem sensor e adaptação automática de parâmetros de loop, sem necessidade de depuração. Disponível em carcaça de plástico ou ferro com padrão Modbus, atende necessidades de alta potência de 250 a 800 kW com display de linha dupla. Ver Produto →

Inversor CA de média tensão RVE1000 para controle direto de motor de alta tensão A série RVE1000 usa ponte H de vários estágios em cascata para superposição de tensão e controle ARM/DSP, permitindo acionamento direto de motores de alta tensão sem filtros. Projetado para controle mestre-escravo de transportadores de correia, ele atende indústrias químicas, de elevação, de compressores de ar e de aço. Ver Produto →

O inversor CA certo economiza energia, melhora a estabilidade do processo e protege o motor e o equipamento posterior. Selecione-o na placa de identificação do motor, confirme o tipo de carga e verifique os requisitos ambientais e de comunicação. Caso você possua uma aplicação específica, utilize a equipe de suporte técnico da Raynen para confirmar o dimensionamento e a documentação completa antes de fazer um pedido.