Na área de equipamentos elétricos, motores de indução convencionais são normalmente projetados para operação sob frequência e tensão constantes. No entanto, este projeto apresenta limitações no atendimento às demandas de alto desempenho de aplicações de controle de velocidade de frequência variável.
1. Eficiência e aumento de temperatura
• Todos os tipos de conversores de frequência geram tensões e correntes harmônicas durante a operação, fazendo com que o motor opere sob condições de potência não senoidais.
• Tomando como exemplo o conversor senoidal PWM (modulação por largura de pulso) comumente usado, seus componentes harmônicos de alta ordem (aproximadamente duas vezes a frequência da portadora) levam a perdas maiores no motor, incluindo perdas de cobre/alumínio no estator e no rotor, perdas no núcleo e perdas parasitas adicionais. Notavelmente, as perdas de cobre do rotor tornam-se mais pronunciadas.
• Quando o motor de indução opera próximo à velocidade síncrona, tensões harmônicas de alta frequência induzem perdas significativas nas barras do rotor. Além disso, as perdas extras de cobre induzidas pelo efeito pelicular contribuem ainda mais para a redução da eficiência.
• Estas perdas resultam em geração adicional de calor, eficiência reduzida e diminuição da potência de saída. Sob alimentação não senoidal de conversores de frequência, o aumento de temperatura do motores de indução trifásicos padrão normalmente aumenta de 10% a 20%.
2. Tensão de isolamento
• Muitos conversores de frequência de pequeno e médio porte utilizam controle PWM com frequências portadoras que variam de vários kHz a dezenas de kHz. Isso submete os enrolamentos do motor a altas dv/dt (taxa de aumento de tensão), equivalente a tensões de impulso acentuadas que desafiam o isolamento entre espiras.
• A tensão de corte retangular gerada pelos conversores PWM se sobrepõe à tensão de operação do motor, representando uma ameaça ao isolamento do terra. Impulsos repetidos de alta tensão aceleram o envelhecimento do isolamento.
Para enfrentar esses desafios, motores para operação com inversor incorporar otimizações eletromagnéticas e estruturais especializadas:
1. Projeto Eletromagnético
• O foco principal é melhorar a compatibilidade do motor com fontes de alimentação não senoidais.
• As resistências do estator e do rotor são minimizadas para reduzir as perdas fundamentais no cobre, compensando as perdas adicionais causadas por harmônicos.
• A indutância do motor é cuidadosamente aumentada para suprimir correntes harmônicas de alta frequência e, ao mesmo tempo, garantir a correspondência adequada de impedância em toda a faixa de velocidade.
2. Projeto Estrutural
• A construção do motor leva em conta o impacto da potência não senoidal no isolamento, na vibração, no ruído e no resfriamento.
• Sistema de Isolação: Adota-se isolação classe F ou superior, com aterramento reforçado e isolação entre espiras, enfatizando principalmente a resistência a tensões de impulso.
• Sistema de resfriamento: É empregada ventilação forçada, onde um ventilador acionado de forma independente garante uma dissipação de calor eficiente, neutralizando o aumento do estresse térmico sob operação em frequência variável.
Motores para serviço inversor são meticulosamente projetados para mitigar os efeitos adversos dos conversores de frequência. Através de projetos eletromagnéticos e estruturais otimizados, esses motores alcançam adaptabilidade superior a fontes de energia não senoidais, tornando-os a escolha preferida para aplicações de velocidade variável. Seu desempenho aprimorado em eficiência, gerenciamento térmico e confiabilidade de isolamento ressaltam seu domínio em sistemas de acionamento industriais modernos.
