Há 30 anos atrás, conforme a evolução da fiabilidade dos variadores de velocidade AC, várias empresas conhecidas e de grande nome do setor de automação anunciaram que o DC estava morto.
Em alguns casos, os preços de venda foram alterados para tornar os variadores DC menos competitivos e experimentar a promoção da tecnologia AC.
Mas se assim o é, porque é que tantos anos depois ainda são utilizados equipamentos DC em aplicações críticas de produções?
Foi divulgada informação menos positiva relativamente aos variadores e motores DC, nomeadamente sobre eficiência energéticas, manutenções e confiabilidade. Tudo isso foi usado para tentar convencer o cliente a utilizar AC em vez de DC, mas mesmo assim, o DC ainda sobrevive.
Então porquê? Porque se continuam a utilizar variadores de velocidade em motores DC?
As aplicações de automação requerem um controlo variável e preciso, tanto da velocidade como da corrente. Deste modo é possível corresponder aos requisitos da aplicação que, muitas vezes, requerem capacidade total de torque em velocidades muito baixas ou até mesmo velocidade zero.
É necessário que sejam recetivos a cargas de choque, mas também serem capazes de compensar estas mesmas cargas, tudo isto com mínimo impacto no desempenho do motor. Precisam ainda de ser capazes de manter uma velocidade constante, independentemente de o motor estar a ser acionado ou a ser inspecionado.
Em primeiro lugar, se a aplicação for uma bomba padrão ou um ventilador, mudar para AC é uma opção sensata. Ser capaz de controlar o desempenho de torque do motor no modo de ventilador (ou para lhe dar o seu nome técnico “Modo Quadrático”) permite uma boa economia de energia se a velocidade do motor poder ser reduzida. No entanto, se a aplicação exigir torque ao longo da rampa, então este modo de “economia de energia” não pode ser usado. Neste torque constante, aplicações abaixo de 5 Hz (ou 150 RPM em um motor AC de 4 polos), o Variador de velocidade AC ainda luta para ter um desempenho de torque como o Variador DC.
Aplicações de desempenho com torque constante
- Extrusoras;
- Fios e cabos;
- Fabricação de aço;
- Papel, filme;
- Plástico;
- Entre outras.
Na verdade, quase todos os processos contínuos em aplicações, requerem torque constante em toda a faixa de velocidade. Por este motivo, muitas das nossas indústrias tradicionais enquadram-se nesta área.
Considerando uma linha contínua, a produção poderá ter várias unidades onde terá um alto nível de interação entre elas. Se considerarmos o meio do processo, podemos ter por exemplo uma prensa, um aplicador ou outros, e não é incomum que cada secção seja acionada ou tenha uma revisão na próxima secção.
Comparações e Diferenças entre Variador DC e Variador AC
Um variador AC padrão tem um link DC entre a alimentação e a saída de tensão e, como resultado, tem uma capacidade de travagem muito limitada. Uma vez o link DC saturado, o variador geralmente drena a energia com resistências, mas isso não é contínuo. O
variador DC 4Q realiza esta ação com facilidade e como standard, permitindo que a linha se mantenha com uma velocidade controlada e precisa. Se o processo exige que o produto se mantenha com uma tensão constante (qualquer processo que tenha alguma elasticidade), então o circuito de corrente da unidade deve ser preciso e repetível. A precisão típica de um loop de corrente de variadores AC é +/- 20%, o que deixa muito a desejar, e na maioria dos casos inadequados para controlar o torque com precisão.
Existem acessórios que podem ser adicionados ao variador de frequência para melhorar o seu desempenho, no entanto adiciona um nível maior (e desnecessário) de complexidade. O loop de corrente do drive DC normalmente é de +/-2%.
Design do motor AC em relação a um motor DC
O
design do motor AC geralmente tem ventilação de arrefecimento (IC0141), por outras palavras, um ventilador na parte traseira do motor que ventila ar sobre as alhetas da carcaça do motor. Isto faz com que o motor tenha um IP54 e com a própria desaceleração do motor o resfriamento também é reduzido como consequência. Um motor AC standard requere um resfriamento adicional se a velocidade for reduzida para 3:1 (500RPM em um motor AC de 4 polos), sendo tudo isto um custo acrescido. Um motor DC tem tipicamente um soprador interno de refrigeração (IC06), o índice de proteção do motor é normalmente de IP23 contudo o ar é soprado através do motor, então terá um arrefecimento positivo no seu interior. Normalmente este tipo de motor DC tem um design consideravelmente pequeno em comparação ao moto AC, especialmente acima de 37kW e o motor DC é feliz com um standard de 100:1 faixa de velocidade.
O
design do motor DC com escovas mostra que o ângulo entre o fluxo magnético e o campo magnético são mecanicamente mantidos entre os 90 graus, independentemente da velocidade, e portanto, o torque total é garantido em toda a faixa de velocidade, incluindo velocidade zero.
O motor AC tem um rotor magnetizado que sofre de inercia não mantendo um ângulo de 90 graus sofrendo de baixa velocidade. Então olhemos especificamente para o motor, o motor AC necessita de uma ventilação forçada e de ser equipado como um encoder para chegar perto da performance de um motor DC standard. No momento um motor AC específico é normalmente 5 vezes o valor de um motor AC standard.
Sim, os motores DC têm escovas que requerem substituição durante a vida do motor para este manter os níveis de performance e o filtro de ar do soprador necessitará também de manutenção, no entanto, isto está longe de ser tão árduo quanto alguns vendedores superexagerados promoveram.
Princípio de funcionamento do variador DC e AC
O variador DC utiliza Tirístores para controlar o motor, a tecnologia é muito bem comprovada e razoavelmente simples, isto não deve ser visto como ofensa. O variador AC necessita de uma bateria de condensadores para manter um link DC e estes são carregados e descarregados todas as vezes que se liga e desliga-se o equipamento. Sempre que este ciclo é feito o variador AC envelhece. Os variadores AC também são tem uma frequência de comutação muito mais elevada que os variadores DC provocando assim um ruido eletromagnético alto, necessitando assim de mais filtros.
Controlo do variador DC em relação ao variador AC
A extremidade frontal ou o controlo de um variador DC combina facilmente com o do variador AC. O Controlo do variador DC dá um acesso completo à corrente e à velocidade como se fossem controlados independentemente. Este controlo total está disponível para corresponder a qualquer aplicação. Um variador AC utiliza o loop da corrente para manter e melhorar o loop da velocidade, portanto nem sempre estão disponíveis independentemente, o que pode tornar a configuração e o desempenho de um variador de frequência muito mais complicado.
O variador DC controla o contactor principal, então a energia é removida da armadura do motor quando a unidade é parada, nesta condição, é obviamente possível produzir qualquer torque no motor, pois não têm alimentação. O variador de frequência AC requer STO para replicar o mesmo desempenho.
Não deve ser confundido entre a simplicidade do circuito de alimentação do drive DC e a capacidade de controle de front-end.
O Variador digital DC tem todos os recursos de um variador AC avançado e se um variador DC programável for selecionado (como a faixa Sprint PLX) pode ser configurado para corresponder a aplicativos avançados, como controle de ventiladores, controle de processo PID e quatro quadrantes completos de velocidade e controlo de corrente.
Todas as opções de comunicação estão disponíveis incluindo controle de processo adicional com expansão simples do circuito de controle em Redes Ethernet IP ou Modbus TCP / IP para controle de processo de várias unidades.
Existe muitos variadores DC antigos no mercado e atualizando os para a última versão de variadores DC mantendo a máquina ou o processo com maior eficiência. Vale a pena fazer um balanço e analisar em manter o motor DC e atualizar a lógica de controle em vez de substituir o variador DC por AC e ter que introduzir uma estratégia de controle complexa para fornecer desempenho.
Sobre a Sprint Electric Ltd.
Sprint Electric Ltd., com sede em Arundel, Inglaterra, e fundada em 1987, oferece uma ampla gama de controle de motor DC, com mais de cinquenta modelos garantem soluções de gamas monofásicas e trifásicas, regenerativas e não regenerativas.
Para controlos de baixa tensão temos o controlador de desempenho para velocidade variável DC trifásica altamente sofisticado e variadores totalmente digitais, os produtos Sprint Electric atendem às demandas de inúmeras aplicações industriais ao redor do globo. Sprint Electric está empenhada em fornecer produtos inovadores com backup com um alto nível de atendimento ao cliente para o mercado industrial mundial.
