7 maneiras de resolver problemas de interferência de VFD que causam problemas de relé

Introdução

Hoje, gostaria de partilhar um caso real de interferência de um VFD que encontrei no local: um Acionamento de frequência variável (VFD) de 200kW estava a causar o mau funcionamento de um relé durante o funcionamento devido a interferência electromagnética (EMI). Então, como é que resolvemos isto?

Antes de entrar na resposta técnica, permitam-me salientar um ponto-chave: Os problemas de interferência de VFDs no local são altamente complexos e raramente podem ser eliminados por uma única medida. São sistémicos por natureza, muitas vezes causados por uma combinação de factores - desde a disposição da construção civil, posicionamento do equipamento, encaminhamento dos cabos, separação das linhas de alimentação e de sinal, conceção da ligação à terra, até à qualidade do hardware do VFD e à cablagem do circuito de controlo.

Quando surgem problemas de EMI de VFD, podem ser extremamente difíceis de diagnosticar e resolver sem mãos experientes. Tendo passado décadas no terreno, já lidei com inúmeros problemas semelhantes - e muitas empresas de grande e média dimensão contactam-me frequentemente para obter apoio. Com este caso, gostaria de vos apresentar a minha abordagem prática e as técnicas testadas no terreno, na esperança de oferecer clareza e soluções reais a quem enfrenta desafios semelhantes.

1. o próprio VFD é uma fonte de Interferência de VFD

Este facto é incontestável.

• No lado da entrada: A ponte rectificadora da VFD só conduz durante parte da onda sinusoidal CA, injectando grandes quantidades de distorção da 5ª e 7ª harmónicas, juntamente com ruído de comutação, de volta à rede eléctrica - degradando a qualidade da energia.
• No lado da saída: O módulo IGBT no interior da VFD funciona como um interrutor de alta velocidade, gerando harmónicas de alta frequência (2kHz, 4kHz, 6kHz, até 16kHz) em cada evento de comutação. Estas perturbações propagam-se ao longo do percurso de saída e nos sistemas ligados, tornando-se uma causa significativa de interferência do VFD.

É por isso que, quando um VFD está ligado, a EMI inesperada induzida pelo VFD surge frequentemente de formas que os não especialistas dificilmente conseguem prever.

2.Sete medidas práticas para suprimir a interferência do VFD (do simples ao complexo)

2.1.Ligação à terra do cabo blindado - Ligar sempre à terra a camada de blindagem

A contramedida mais fundamental e eficaz é ligar corretamente à terra o cabo blindado entre o Painel VFD, O motor, o acionamento e o motor.

Este facto é frequentemente ignorado, mas uma má blindagem ou ligação à terra é uma das causas mais comuns de EMI persistente de VFDs em sistemas industriais.

2.2.Aterre o gabinete do relé separadamente; ligue o negativo de 24V à terra

Certifique-se de que o chassi do gabinete do relé esteja solidamente aterrado. Além disso, ligue o lado negativo da fonte de alimentação de controlo de 24V à terra. Esta configuração permite que qualquer ruído de alta frequência induzido ou harmónicos sejam descarregados com segurança, reduzindo a interferência do relé e o disparo falso causado pela interferência do VFD.

2.3.Isolar os sistemas de ligação à terra de alimentação e controlo

Accionamentos VFD e os motores funcionam no domínio da alta potência e geram ruído elétrico de alta frequência. Os PLC e os circuitos de relés funcionam no domínio da baixa potência e são sensíveis a estas perturbações.

Nunca permita que os sistemas de controlo e de alimentação partilhem a mesma ligação à terra. Estabeleça uma ligação à terra de proteção separada para os circuitos de controlo, isolando-os dos caminhos de retorno de alta frequência que agravam a interferência do VFD e facilitando um diagnóstico de avarias mais rápido.

2.4.Separar o encaminhamento dos cabos de alimentação e de sinal; manter uma distância mínima de 40 cm

Os cabos de alimentação (saída VFD, cabos do motor) e os cabos de controlo (E/S PLC, sensores) devem ser encaminhados separadamente. Todos os cabos de controlo devem ser blindados.

• Norma japonesa: ≥10 cm
• Norma europeia: ≥22 cm
• A minha recomendação: ≥40 cm para maior segurança

Esta separação minimiza o acoplamento de radiação e os problemas de EMI, reduzindo o impacto da interferência do VFD na lógica do relé e na precisão do sensor.

2.5.RC Circuitos amortecedores entre bobinas de relés

Instale um snubber RC em cada terminal da bobina do relé. Isto suprime os picos de tensão nocivos e os harmónicos de alta frequência na sua fonte - um método poderoso para eliminar a vibração do relé ou o falso funcionamento devido à EMI do VFD.

2.6.Reduzir a frequência portadora - mas apenas se o motor se mantiver estável

A redução da frequência portadora PWM do VFD reduz os harmónicos de saída, ajudando a conter a interferência electromagnética. Mas isto tem um senão: o motor deve permanecer sem vibrações.

Diminuir gradualmente a frequência portadora enquanto monitoriza o motor. Se surgirem vibrações ou ruídos, regresse imediatamente ao valor estável anterior. Uma redução adicional pode causar problemas mecânicos ou operacionais - e pode não controlar eficazmente a interferência do VFD.

2.7.Adicionar reactores de linha à entrada e à saída

• Reator de entrada: Filtra o ruído da rede de entrada e a distorção da tensão, estabiliza a tensão do barramento CC
• Reator de saída: Amortece o ruído de comutação de alta frequência dos módulos IGBT, protegendo os enrolamentos do motor e reduzindo a propagação de interferências do VFD

Estes componentes são essenciais para instalações de alta potência, melhorando a compatibilidade electromagnética (EMC) e a resiliência geral do sistema contra EMI induzida por VFD.

Conclusão

Este caso realça o âmbito completo do diagnóstico e atenuação de problemas de EMI induzidos por VFD. Como se pode ver, a interferência do VFD não é um erro de software nem um relé defeituoso - é um desafio complexo ao nível do sistema que envolve a conceção eléctrica, a ligação à terra, a arquitetura da cablagem e a afinação de parâmetros.

Só através da realização de diagnósticos abrangentes a todo o sistema é que podemos resolver completamente os problemas de EMI causados por VFDs. Espero que este guia seja útil nos seus próprios projectos. Se é um técnico elétrico ou engenheiro de manutenção, faça com que estes princípios façam parte do seu conjunto de ferramentas - podem ajudá-lo a evitar tempos de inatividade dispendiosos e a garantir a fiabilidade do sistema a longo prazo.