Um Unidade de frequência variável (VFD) é um dispositivo que converte energia de frequência fixa (utilidade) em energia de frequência ajustável. Diferentes países usam diferentes frequências de energia – normalmente 50Hz ou 60Hz. Em aplicações de motores, os VFDs são amplamente utilizados para controlar a velocidade do motor, melhorar a eficiência ou adaptar-se a condições de carga variadas.
Como os VFDs servem como intermediários entre a fonte de alimentação e o motor, a correspondência adequada entre o motor e o VFD é crucial. Diferentes características de carga do motor exigem diferentes especificações de desempenho do VFD.
1. Relação Tensão-Frequência em VFDs
Para motores de indução, o torque é gerado pela interação entre o fluxo magnético e a corrente do rotor. Ao operar abaixo da frequência nominal do motor:
• Se a tensão permanecer inalterada, o fluxo magnético poderá saturar, causando superaquecimento e possível queima do motor.
• Portanto, a tensão deve ser reduzida proporcionalmente à frequência para manter o fluxo constante (controle V/F).
• Este método é comumente usado em aplicações de ventiladores e bombas, onde o torque da carga varia com a velocidade.
2. Variações atuais sob diferentes modos de operação
Para motores de frequência de linha:
• Se a tensão cair abaixo do valor nominal, mantendo a mesma potência de saída, a corrente aumenta significativamente, muitas vezes causando queima do enrolamento – especialmente em configurações de energia temporárias.
Para Motores alimentados por VFD:
• Modo de potência constante (operação em baixa velocidade):
Se o motor tiver que fornecer a mesma potência em velocidades mais baixas, a corrente aumenta, apresentando risco de superaquecimento.
• Modo de torque constante:
A corrente permanece relativamente estável, uma vez que a demanda de torque não muda drasticamente.
3. Testando um motor de 60 Hz com fonte de alimentação de 50 Hz
Muitas novas instalações de teste estão equipadas com fontes de alimentação de frequência variável, permitindo que os motores sejam testados em sua frequência nominal. No entanto, equipamentos de teste ou oficinas de reparo mais antigos podem não ter essa capacidade.
Solução para testar um motor de 60 Hz com potência de 50 Hz:
• Como a frequência afeta a impedância do motor, a tensão deve ser ajustada para evitar corrente excessiva.
• Aplique uma tensão de teste reduzida calculada como:
Tensão de teste=Tensão nominal/1,2
(Exemplo: Para um motor de 460 V, 60 Hz, teste em ~383 V, 50 Hz para evitar saturação magnética.)
1. Ruído elétrico e EMI
A comutação de alta frequência em VFDs pode causar interferência eletromagnética (EMI), afetando equipamentos sensíveis próximos.
Soluções: Use cabos blindados, aterramento adequado e filtros EMI.
2. Tensão de isolamento do motor
Os VFDs produzem picos de alta tensão (dv/dt), que podem degradar o isolamento do motor ao longo do tempo.
Mitigação: Use motores com classificação VFD com isolamento reforçado ou instale filtros/indutâncias de saída.
3. Correntes e danos nos rolamentos
Correntes de alta frequência podem induzir tensões no eixo, causando estrias nos rolamentos e falhas prematuras.
Prevenção: Utilize rolamentos isolados ou anéis de aterramento do eixo.
4. Superaquecimento em baixas velocidades
Como os ventiladores de resfriamento do motor perdem eficiência em velocidades reduzidas, a ventilação forçada pode ser necessária para operação prolongada em baixa velocidade.
5. Distorção Harmônica
Os VFDs introduzem harmônicos no sistema de energia, afetando potencialmente outros dispositivos conectados.
Solução: Instale filtros harmônicos ou unidades front-end ativas (AFE).
Embora os VFDs ofereçam controle de velocidade flexível e economia de energia, a aplicação inadequada pode causar danos ao motor, ineficiência e instabilidade do sistema. A coordenação adequada de tensão-frequência, compatibilidade motor-VFD e mitigação de distúrbios elétricos são essenciais para uma operação confiável.
Para Motores de 60Hz testado em potência de 50 Hz, a redução de tensão (V/1.2) é crítica para evitar corrente excessiva e saturação magnética. Além disso, abordando EMI, tensão de isolamento, correntes de rolamento e desafios de resfriamento garante confiabilidade do motor a longo prazo em sistemas acionados por VFD.
