Como um VFD afeta o torque do motor?

Um inversor de frequência variável (VFD), também conhecido como inversor de frequência ajustável, inversor de velocidade ajustável, inversor ou inversor CA, é um tipo de controlador de motor que aciona um motor elétrico variando a frequência e a tensão fornecidas ao motor elétrico. Como fornecedor de VFD, muitas vezes sou questionado sobre como um VFD afeta o torque do motor. Nesta postagem do blog, aprofundarei a relação entre VFDs e torque do motor, explorando os princípios, fatores e implicações práticas.

Compreendendo o torque do motor

Antes de discutirmos como um VFD afeta o torque do motor, é essencial entender o que é o torque do motor. Torque é a força rotacional produzida pelo motor, responsável por acionar a carga. É medido em Newton – metros (N·m) ou pés – libras (ft – lb). A quantidade de torque que um motor pode produzir depende de vários fatores, incluindo o projeto do motor, a tensão aplicada e a frequência da fonte de alimentação.

Em um motor CA padrão, a característica torque-velocidade é relativamente fixa. Em baixas velocidades, o motor pode produzir alto torque, o que é útil para partida de cargas pesadas. À medida que a velocidade aumenta, o torque normalmente diminui. Esta característica é determinada pelo campo magnético do motor e pela interação entre o estator e o rotor.

Como funcionam os VFDs

Um VFD opera convertendo a energia CA de entrada em energia CC através de um retificador. Em seguida, uma seção do inversor converte a energia CC de volta em energia CA com frequência e tensão variáveis. Ao ajustar a frequência e a tensão, o VFD pode controlar a velocidade e o torque do motor.

O princípio básico por trás de um VFD é a relação V/f (tensão-frequência). Em um motor CA, o fluxo magnético no motor é proporcional à relação V/f. Para manter um fluxo magnético constante (e, portanto, uma capacidade de produção de torque constante), a tensão deve ser ajustada proporcionalmente à frequência. Por exemplo, se a frequência for reduzida à metade da frequência nominal, a tensão também deverá ser reduzida à metade para manter a relação V/f constante.

Efeitos dos VFDs no Torque do Motor

Operação de Torque Constante

Em muitas aplicações, como transportadores, bombas de deslocamento positivo e talhas, é necessário um torque constante em uma ampla faixa de velocidade. Um VFD pode alcançar operação com torque constante mantendo uma relação V/f constante. Quando a frequência diminui, a tensão também diminui proporcionalmente, garantindo que o fluxo magnético no motor permaneça constante. Como resultado, o motor pode produzir a mesma quantidade de torque em velocidades mais baixas e na velocidade nominal.

Por exemplo, se um motor for classificado para 100 N·m de torque a 1.500 RPM e 50 Hz, quando o VFD reduz a frequência para 25 Hz, a tensão também cai pela metade. O motor ainda pode produzir 100 N·m de torque a 750 RPM, permitindo acionar a carga de forma eficaz em uma velocidade mais baixa. Esta operação de torque constante é crucial para aplicações onde a carga requer uma quantidade consistente de força, independentemente da velocidade.

Operação de Torque Variável

Algumas aplicações, como bombas centrífugas e ventiladores, exigem torque variável. O torque exigido por essas cargas é proporcional ao quadrado da velocidade. Um VFD pode otimizar o consumo de energia nessas aplicações ajustando a tensão e a frequência de acordo com os requisitos de torque da carga.

À medida que a velocidade de uma bomba centrífuga ou ventilador diminui, o torque exigido pela carga diminui significativamente. Um VFD pode reduzir a tensão e a frequência de forma mais agressiva do que em aplicações de torque constante, economizando energia. Por exemplo, se a velocidade de um ventilador for reduzida à metade de sua velocidade nominal, o torque exigido pelo ventilador será reduzido para um quarto do torque nominal. O VFD pode ajustar a tensão e a frequência de acordo, resultando em economias substanciais de energia.

Alto - Partida com Torque

Uma das vantagens significativas de usar um VFD é sua capacidade de fornecer partida com alto torque. Em uma partida direta on-line (DOL) de um motor CA, o motor consome uma grande corrente de partida, o que pode causar quedas de tensão na fonte de alimentação e estresse mecânico no motor e na carga. Um VFD, por outro lado, pode aumentar gradualmente a frequência e a tensão, permitindo que o motor dê partida suavemente com alto torque.

O VFD pode controlar a taxa de aceleração, garantindo que o motor atinja a velocidade desejada sem sobrecarregar o sistema. Isto é particularmente útil para aplicações com cargas iniciais pesadas, como britadores e misturadores. Ao fornecer partida de alto torque, o VFD pode prolongar a vida útil do motor e reduzir os custos de manutenção.

Fatores que afetam a relação torque - VFD

Projeto de motores

O design do motor desempenha um papel crucial na forma como ele responde a um VFD. Diferentes tipos de motores, como motores de indução e motores síncronos de ímã permanente, têm diferentes características de torque e velocidade. Os motores de indução são amplamente utilizados com VFDs devido à sua robustez e custo relativamente baixo. No entanto, eles podem ter algumas limitações em termos de operação em alta velocidade e eficiência em comparação com motores síncronos de ímã permanente.

A configuração do enrolamento do motor, o número de pólos e o design do rotor também podem afetar a produção de torque ao usar um VFD. Por exemplo, um motor com um número maior de pólos terá uma velocidade síncrona mais baixa e poderá exigir diferentes configurações de V/f para atingir o desempenho de torque ideal.

Configurações do VFD

As configurações do VFD, como tempos de aceleração e desaceleração, limite de torque e curva V/f, podem impactar significativamente o torque do motor. Os tempos de aceleração e desaceleração determinam a rapidez com que o motor atinge a velocidade desejada. Se o tempo de aceleração for muito curto, o motor poderá não ser capaz de produzir torque suficiente para acelerar a carga, resultando em desarmes por sobrecorrente.

A configuração do limite de torque permite ao usuário restringir o torque máximo que o motor pode produzir. Isto é útil para proteger o motor e a carga contra danos. A configuração da curva V/f pode ser ajustada para otimizar a característica torque-velocidade para diferentes aplicações. Alguns VFDs oferecem múltiplas curvas V/f, como curvas lineares, quadráticas e personalizadas, para atender aos requisitos específicos da carga.

Características de carga

As características da carga, como inércia, atrito e o tipo de carga (torque constante ou torque variável), também afetam a relação torque - VFD. Uma carga com alta inércia requer mais torque para acelerar e desacelerar. O VFD precisa ser dimensionado e configurado adequadamente para lidar com os requisitos de alto torque durante esses períodos transitórios.

O atrito na carga também pode afetar o torque necessário para acionar a carga. Se houver atrito excessivo, o motor poderá exigir mais torque para superá-lo. Compreender as características da carga é essencial para selecionar o VFD correto e definir os parâmetros apropriados para garantir o desempenho ideal do torque.

Implicações práticas para seleção e aplicação de VFD

Ao selecionar um VFD para uma aplicação específica, é crucial considerar os requisitos de torque da carga. Para aplicações de torque constante, é necessário um VFD que possa manter uma relação V/f constante em uma ampla faixa de velocidade.Variador de frequência de 22KWé uma ótima opção para muitas aplicações de torque constante com requisitos de potência em torno de 22 KW.

Para aplicações de torque variável, é preferível um VFD com recursos avançados de economia de energia e a capacidade de ajustar a relação V/f de acordo com os requisitos de torque da carga.VFD para motoresoferece uma linha de VFDs adequados para diversas aplicações de motores, incluindo aqueles com cargas de torque variável.

Além disso, o VFD deve ser dimensionado adequadamente para lidar com a corrente nominal do motor e os requisitos de pico de torque durante a partida e períodos transitórios. Superdimensionar ou subdimensionar o VFD pode levar a um desempenho ruim, aumento do consumo de energia e possíveis danos ao motor e ao VFD.

Conclusão

Como fornecedor de VFD, entendo a importância de como um VFD afeta o torque do motor. Um VFD pode fornecer operação de torque constante para aplicações que exigem uma quantidade consistente de força, operação de torque variável para operação com eficiência energética em aplicações com cargas de torque variável e partida de alto torque para aplicações de carga pesada.

Ao compreender os princípios de operação do VFD, os fatores que afetam a relação torque-VFD e as implicações práticas para a seleção e aplicação do VFD, os usuários podem tomar decisões informadas ao escolher um VFD para seus sistemas motores. Se você está procurando uma solução VFD confiável para sua aplicação em motores, seja umVariador de frequência de 22KW, umVFD para motores, ou umUnidade Inversora, não hesite em contactar-nos para obter mais informações e discutir suas necessidades específicas. Estamos prontos para ajudá-lo a encontrar o VFD perfeito para suas necessidades.

Referências

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• Fitzgerald, AE, Kingsley, C., Jr. e Umans, SD (2003). Máquinas Elétricas. McGraw-Hill.
• Krause, PC, Wasynczuk, O. e Sudhoff, SD (2002). Análise de Máquinas Elétricas e Sistemas de Acionamento. Wiley - Interciência.