Selecionando reatores de linha e filtros de saída para inversores de frequência

Uma instalação com VFD pode apresentar dois problemas elétricos diferentes, frequentemente agrupados sob a palavra “ruído”. No lado da alimentação, o retificador do inversor consome corrente não senoidal e pode perturbar a rede a montante. No lado do motor, as rápidas bordas de tensão PWM percorrem o cabo e podem sobrecarregar a isolação, os rolamentos e a fiação de sinais próxima. Portanto, um reator ou filtro deve ser selecionado de acordo com o lado do inversor e o problema medido.

Separe o Lado da Linha do Lado da Carga

Um reator de linha de entrada é um indutor em série instalado antes do VFD. Sua impedância limita a velocidade com que a corrente varia. Ele pode atenuar perturbações na linha, reduzir picos de corrente e acrescentar uma impedância útil quando o transformador de alimentação é rígido em relação ao inversor. Ele também provoca queda de tensão e aquecimento, portanto não deve ser tratado como uma solução universal.

Um reator de saída é instalado entre o inversor e o motor. Ele atua sobre a forma de onda PWM que sai do inversor. Sua finalidade é diferente da de um reator de entrada: ele pode reduzir a corrente de pico, moderar o tempo de subida da tensão e ajudar em algumas aplicações com cabos de motor. Sua suficiência depende da tensão do inversor, da frequência de chaveamento, da isolação do motor, do tipo e comprimento do cabo e dos limites do fabricante do VFD.

Um filtro harmônico pertence ao lado da entrada e visa às harmônicas de corrente de baixa ordem. Um filtro dV/dt ou um filtro senoidal pertence ao lado da saída. Um filtro dV/dt reduz a inclinação e o pico dos pulsos de tensão. Um filtro senoidal suprime de forma mais agressiva os componentes de alta frequência da saída e fornece ao motor uma forma de onda mais próxima de uma senoide. Esses dispositivos não são intercambiáveis.

O que um Reator de Entrada Pode e Não Pode Fazer

Um inversor de seis pulsos carrega seu barramento CC por meio de um retificador de diodos. A corrente é consumida em pulsos próximos aos picos da forma de onda de tensão CA. A adição de reatância na linha CA, ou o uso de um inversor com um indutor CC, distribui esses pulsos de corrente e pode reduzir a distorção harmônica total de corrente. As orientações da ABB para mitigação de harmônicas distinguem essa melhoria moderada de um filtro passivo sintonizado ou de um inversor com frente ativa.

O reator também proporciona algum isolamento contra entalhes na linha e eventos transitórios. No entanto, ele não é um dispositivo de proteção contra surtos e não limita a tensão como um DPS. Ele não pode corrigir todos os problemas de qualidade de energia. Desequilíbrio de tensão severo, subtensão repetida, ressonância ou uma alimentação fraca de gerador exigem um estudo do sistema.

Antes de especificar um reator, registre a potência nominal e a impedância do transformador, a corrente de curto-circuito disponível, a corrente de entrada do inversor, os capacitores existentes, a operação do gerador e o espectro harmônico medido. Uma indicação de percentual de impedância, sozinha, não comprova que a instalação concluída atenderá a um limite de harmônicas.

Escolhendo uma Solução para o Lado da Saída

O inversor produz pulsos de tensão com bordas rápidas. Nos terminais do motor, a impedância do cabo e os efeitos de ondas refletidas podem elevar o pico de tensão acima do valor observado no inversor. O risco geralmente aumenta com o comprimento do cabo, a tensão, o comportamento de chaveamento e a condição da isolação do motor. Não existe um limite universal seguro para o comprimento do cabo.

Use o manual de hardware do inversor como referência principal. Ele deve definir o comprimento permitido do cabo do motor e quando é necessário um reator de saída, filtro dV/dt, filtro de modo comum, rolamento isolado, escova de aterramento ou filtro senoidal. A ABB observa que filtros senoidais são redes passa-baixa formadas por reatores e capacitores. Eles suprimem os componentes de alta frequência da tensão de saída e são usados em aplicações como cabos de motor extralongos, transformadores elevadores ou motores mais antigos.

Um filtro senoidal também pode impor limites à frequência de saída, à frequência de chaveamento, à disposição dos cabos ou ao dimensionamento do inversor. Seus capacitores consomem corrente mesmo quando a carga mecânica é baixa. Trate o inversor, o filtro, o cabo e o motor como um único sistema projetado.

Um Processo Prático de Seleção

1. Defina o sintoma

Não comece por um componente. Identifique se o problema é distorção da corrente de entrada, disparos indevidos por sobretensão, tensão de pico nos terminais do motor, corrente nos rolamentos, EMI conduzida, interferência irradiada ou ruído audível do motor. Um único acessório raramente resolve todos esses problemas.

2. Meça nos pontos corretos

Para harmônicas de linha, capture a tensão e a corrente no ponto de acoplamento comum sob uma carga representativa. Para problemas de saída, use instrumentos e sondas especificados para formas de onda de inversores PWM. Um multímetro comum não revela o tempo de subida nem os picos de ondas refletidas.

3. Verifique as combinações do fabricante

Confirme se o reator ou filtro é aprovado para a série exata do inversor, a classe de tensão, a corrente contínua, o regime de sobrecarga e a frequência de saída. Observe os requisitos de gabinete, ventilação, condutores, aterramento e distâncias. Revise também a isolação do motor e a disposição dos rolamentos.

4. Modele as condições extremas de operação

Verifique carga baixa e alta, operação em bypass, condições regenerativas, alimentação por gerador, cabos longos, vários motores e chaveamento de capacitores. A ABB alerta que filtros harmônicos passivos podem criar fator de potência adiantado com carga leve e interagir com outros capacitores por meio de ressonância.

5. Faça o comissionamento com evidências

Registre a tensão de linha, a corrente de fase, o comportamento do barramento CC, a forma de onda nos terminais do motor quando apropriado, a temperatura do filtro, os alarmes do inversor e a vibração de referência. Repita as medições depois que a máquina atingir as condições térmicas normais. Mantenha esses registros junto dos parâmetros do inversor e do diagrama unifilar.

Detalhes da Instalação que Determinam o Resultado

Instale os componentes de entrada de acordo com os desenhos do inversor e do filtro. Não instale acidentalmente um filtro harmônico passivo de entrada na saída; a ABB identifica explicitamente isso como um risco de coordenação em campo. Mantenha curtos os condutores entre o filtro de saída e o inversor quando o fabricante exigir. Passe os cabos do motor longe de cabos de sinais analógicos de baixo nível, encoders e comunicação.

Use equipotencialização de proteção contínua e faça a terminação do cabo blindado do motor conforme especificado. Os filtros não compensam aterramento inadequado nem roteamento descontrolado dos cabos. Verifique as temperaturas superficiais do reator e do filtro, pois ambos acrescentam perdas dentro do gabinete.

Limite de Engenharia

Reatores são dispositivos de impedância úteis, enquanto filtros são redes seletivas em frequência. Seu valor vem da correspondência entre o dispositivo e um mecanismo medido. Para equipamentos relacionados, consulte nossa coleção de VFDs e inversores CA e nossa linha mais ampla de inversores e controle de movimento. A nota técnica da ABB sobre mitigação de harmônicas e o guia da ABB sobre filtros do ACQ580 fornecem um contexto útil do fabricante. A seleção final ainda deve seguir os manuais do inversor e do motor instalados.