6 formas de reduzir eficazmente a corrente de fuga do VFD

Análise de caso: Compreender a corrente de fuga do VFD em aplicações reais

Olá a todos, hoje quero partilhar um caso real no local que preocupa muitos engenheiros. A questão prende-se com Corrente de fuga do VFD nos motores, atingindo por vezes vários amperes ou mesmo mais de dez amperes. Este facto levanta duas questões comuns:

• Será que esse corrente de fuga do motor prejudicial para o motor ou para o Accionamentos VFD?
• Como podemos reduzi-lo eficazmente?

Contexto do caso: Corrente de fuga elevada num sistema de motor de grandes dimensões

Eis a situação concreta:

Um utilizador está a executar um 160 kW VFD com um motor de 132 kW, utilizando um comprimento de cabo de 96 metros. A resistência de ligação à terra do motor é de 2 ohms, e tanto o VFD como o motor estão corretamente ligados à terra. Quando medido com uma pinça amperimétrica, o fio de ligação à terra de proteção apresentou 15A de corrente. A preocupação do utilizador era: “Como podemos eliminar esta corrente de fuga? Se continuarmos a funcionar desta forma, isso irá danificar o motor ou o VFD?”

Análise inicial: A corrente de fuga do VFD é um fenómeno normal

Antes de mais, este Corrente de fuga do VFD é um fenómeno normal e não uma falha invulgar ou perigosa. Desde que não forme tensão ou corrente no veio, não é prejudicial nem para o motor nem para o VFD. A questão principal é psicológica - quando os utilizadores notam 10-15A a fluir na linha de terra, sentem-se muitas vezes desconfortáveis, embora tecnicamente isto não ponha diretamente em perigo o equipamento.

A razão é que sempre que um acionamento de frequência variável funciona, a comutação do IGBT gera harmónicos de alta frequência. Estas harmónicas viajam ao longo dos cabos do motor e parte da energia liga-se à terra, formando uma corrente de fuga. Esta é uma caraterística inerente aos VFDs e Cablagem do motor VFD, não é uma avaria.

Utilização incorrecta de dispositivos de corrente residual (RCD) com VFDs

Muitos institutos de conceção ou utilizadores finais, não compreendendo totalmente as caraterísticas dos VFD, instalam dispositivos convencionais de proteção contra defeitos à terra (RCDs ou GFCIs) no lado da alimentação de entrada. Uma vez instalados, os grandes Corrente de terra do VFD causa frequente Disparo do VFD em caso de defeito à terra, levando a tempos de inatividade desnecessários.

Na realidade, a instalação de um dispositivo normal de proteção contra fugas na entrada de um VFD não faz sentido. Porquê? Porque sim:

• O VFD já está ligado à terra.
• O motor está ligado à terra.
• Até as blindagens dos cabos estão ligadas à terra.

A adição de um protetor contra fugas apenas causa disparos incómodos e interrompe a produção. Por este motivo, os institutos profissionais de projeto não recomendam normalmente RCDs convencionais para VFDs.

Desenvolvimento de protectores contra fugas compatíveis com VFD

Nos últimos anos, devido à procura dos utilizadores, alguns fabricantes desenvolveram GFCI compatível com VFD dispositivos. Estes dispositivos funcionam de forma diferente: apenas detectam correntes de fuga abaixo de 100 Hz, ignorando as fugas de frequência mais elevada causadas por harmónicas. Uma vez que a maioria dos Corrente de modo comum do VFD e Corrente de fuga do comprimento do cabo VFD estão na gama dos kHz, estes dispositivos evitam falsos disparos frequentes.

No entanto, mesmo com estes protectores especiais, os disparos ocasionais não podem ser evitados. Para além disso, o limiar de disparo tem de ser definido muito mais alto (300-500 mA). Se for definido para os convencionais 25-30 mA, o VFD dispara imediatamente após o arranque. Isto torna estes dispositivos de proteção menos significativos na utilização industrial real.

Por conseguinte, a melhor prática é não instalar protectores contra fugas convencionais nas entradas do VFD.

Medidas práticas para reduzir a corrente de fuga do VFD

Embora a corrente de fuga não possa ser eliminada, pode ser reduzida através de várias medidas:

1.Reduzir a frequência portadora (redução da frequência portadora do VFD)

A redução da frequência de comutação reduz o número de impulsos harmónicos gerados pelos IGBTs, reduzindo assim a corrente harmónica e a corrente de fuga. É necessário ter cuidado: se a carga do motor for rígida (acionamento por engrenagem ou corrente), baixar demasiado a frequência portadora pode causar vibrações. Para Bombas VFD ou Ventiladores VFD, Este ajustamento é geralmente seguro.

2. reduzir o comprimento do cabo do motor

Quanto mais comprido for o cabo, maior será o acoplamento capacitivo e a corrente de fuga. O dimensionamento correto do cabo de saída do VFD é crucial para reduzir as fugas.

3. evitar cabos blindados sempre que possível

Embora os cabos blindados ajudem a combater a EMI, a conceção de cabos de VFD blindados ou não blindados afecta significativamente a corrente de fuga. Os cabos blindados aumentam a fuga devido ao maior acoplamento capacitivo. Para aplicações sensíveis a fugas, utilize cabos não blindados de três núcleos.

4. instalar reactores ou filtros de saída

A adição de um reator de saída VFD para cabos longos ou um filtro du/dt suprime os harmónicos, as tensões de pico e reduz as correntes de fuga. Tenha cuidado ao utilizar filtros LC: o lado do condensador deve ser ligado ao motor, enquanto o lado do indutor é ligado à VFD. A sua inversão pode danificar o inversor.

5. evitar cabos enterrados ou em condutas de aço

São preferíveis os suportes para cabos sobre o solo com ventilação. As condutas de aço aumentam a capacitância parasita e pioram a corrente de fuga do VFD.

6. utilizar cabos simétricos de três núcleos para motores

Um cabo não blindado de três núcleos reduz o desequilíbrio em comparação com os cabos trifásicos de quatro fios, atenuando as correntes circulantes e as fugas.

Conclusão: A corrente de fuga é inerente aos sistemas VFD

Em resumo: Corrente de fuga do VFD é um subproduto inerente à comutação de alta frequência e aos harmónicos. Não pode ser totalmente eliminado, apenas atenuado. Desde que não conduza à corrente do veio ou à rutura do isolamento, não representa qualquer dano direto. A instalação de protectores de fugas convencionais nas entradas de VFD apenas cria disparos e tempos de paragem desnecessários.

A mentalidade correta da engenharia não é temer a fuga em si, mas sim compreender a sua origem e geri-la com a devida Seleção do cabo do motor VFD, supressão de harmónicas e práticas de ligação à terra razoáveis.