O surgimento de semicondutores de potência, nos anos 80, permitiu a aplicação de variadores de velocidade para otimizar as operações nas fábricas.
Desde então, variadores são dispositivos que não podem faltar para reduzir consideravelmente o consumo de energia elétrica dos motores.
Em busca de eficiência e economia para as indústrias, elementos como esse compõem os sistemas produtivos.
Hoje vamos falar sobre eles, como se dá o seu funcionamento e como são divididos. Neste artigo você ainda encontrará detalhes sobre as suas vantagens.
Boa leitura!
Variadores de velocidade são dispositivos que fazem o controle da velocidade de motores de indução. Também são chamados de inverters, variadores de frequência ou conversores de frequência, entre outras denominações.
Tratam-se de unidades eletrônicas que ajudam a controlar processos, poupar energia, proteger máquinas e redes elétricas. A velocidade é ajustada auxiliando a produção a se adequar às demandas.
Esta solução para motores de indução aumenta a qualidade das atividades industriais ao realizar variações mecânicas. Com ela, cada etapa do ciclo produtivo terá a velocidade ideal de trabalho, com suavidade e controle de acelerações.
Também contribui para dar as condições ideais para realização de configurações, ajustes de torque e controle de variáveis.
Variadores de velocidade AC, ou seja, de corrente alternada, são indicados para ventiladores, compressores e bombas, contribuindo para economia de até 50% de energia elétrica.
Essa poupança energética ocorre porque os motores de indução AC têm velocidade constante, que é variada para atender às condições da produção.
A variação ajuda os motores a se adequarem às alterações de fluxo dos processos, resultando na economia de energia.
É uma excelente alternativa ao controle realizado por válvulas, que não têm a mesma capacidade de economia.
Por apresentar rendimento similar ao de motores DC, variadores de velocidade com controle vetorial são muito aplicados em substituição a esse tipo de motor.
Seu funcionamento é baseado em transformar energia elétrica de frequência industrial em energia elétrica de frequência variável. Desta forma, se controla a velocidade do motor, adquirindo uma frequência entre 0 a 300 Hz ou até maior.
Uma unidade retificadora alimenta o variador de velocidade com energia elétrica. Esse componente pode ser unidirecional ou bidirecional. No tipo unidirecional, o retificador de AC consegue acelerar e girar o motor, usando a energia da fonte de alimentação.
Já o bidirecional permite que o variador de velocidade consiga também tomar a energia mecânica de rotação do motor e do processo e devolvê-la à rede.
Um circuito de corrente contínua (CC) conserva a energia elétrica vinda do retificador, para ser usada depois pelo inversor. Essa energia é geralmente armazenada em condensadores de alta potência.
Então, uma unidade inversora usa a energia elétrica do circuito CC para entregar ao motor. Com técnica de modulação, são geradas as três fases AC de saída de alimentação do motor, com frequência ajustável.
Entre os diversos modelos de variadores, destacamos:
Sua variação de velocidade é controlada por modulação de ímãs permanentes. Nesse sistema, que se baseia na corrente de Foucault e na Lei de Lenz, ocorre uma variação da camada de ar entre rotores.
Estes, por sua vez, possuem magnetos e placas de cobre condutoras, garantindo uma velocidade fixa e constantemente nominal. Os elementos não têm contato físico, com o torque passando pelo condutor sobre os ímãs, sem tocá-los.
Um atuador realiza a aproximação dos rotores magnéticos, garantindo velocidade variável para o eixo de carga.
Os processos tornam-se precisos e econômicos, eliminando desperdício de energia com regulagens que podem gerar vazamentos. Por apresentar perdas por ruído e aquecimento, seu rendimento pode ser baixo.
Apresentam estrutura simples, são baratos e muito utilizados em aplicações com baixas variações de velocidade. Podem ser motoredutores ou conter polias fixas, cônicas ou variadoras.
Nos modelos com acoplamento por polias, é possível reduzir ou ampliar a velocidade fixa, sem variação contínua de rotação. Cada vez que se desejar uma nova rotação, o motor precisa ter suas polias trocadas e ser desligado.
Não tem alto rendimento pois, normalmente, trabalha de forma nominal. O tipo moto redutor é capaz de variar a rotação de saída usando engrenagens e polias variáveis.
Ainda assim, seu rendimento é considerado pequeno, sendo indicado para aplicações de baixa e média potência.
Sua construção inclui válvulas, tubulações e bomba, e tem a função de transformar a potência hidráulica em potência mecânica controlada. Para isso, aciona pistões ou usa engrenagens planetárias.
O controle é realizado pela vazão do fluido aplicado ao motor, o que aumenta a pressão e reduz o escorregamento mecânico. A velocidade cresce e torna-se possível a sua variação contínua.
Uma válvula faz o controle da pressão do fluido hidráulico para controlar a velocidade de saída. Esse sistema complexo pode ter custo elevado de operação e manutenção, por conta dos numerosos componentes.
É amplamente usado para obter precisão nos ajustes de velocidade e uma grande faixa de variação.
Possuem eixos de entrada e saída, com rotação variando de zero a um valor próximo da rotação fixa do eixo de entrada. É capaz de fazer a variação contínua da velocidade. Apresenta baixo rendimento e pode ter perdas de desempenho.
Uma pesquisa da Firjan (Federação das Indústrias do Estado do Rio de Janeiro) aponta que a energia elétrica representa mais de 40% dos gastos na produção da indústria nacional.
Portanto, a economia de energia elétrica que o variador traz é especialmente vantajosa. O mesmo ocorre com as despesas de manutenção, que se reduzem uma vez que o stress mecânico também é reduzido.
Além desses, temos outros pontos positivos, como:
Os processos são melhor controlados, além de rentáveis. As operações tornam-se mais suaves e as velocidades variadas atendem a processos diferentes, trazendo a flexibilidade que permite a fabricação de itens diversos.
A qualidade da produção também fica mais evidente, com a eliminação de picos de corrente nas partidas.
O que é controle de processos industriais e como implementá-lo?
Os variadores ainda ajudam a proteger a rede elétrica e as máquinas envolvidas no processo. O arranque tem baixa intensidade e a paragem não traz golpes de aríete.
O controle de posicionamento é muito preciso e não se exige a compensação do fator de potência.
Ao longo deste conteúdo, mostramos que os variadores de velocidade são muito aplicados a motores para poupar energia elétrica, proteger a rede e os equipamentos.
A indústria se beneficia desta unidade eletrônica de potência que ajuda a conseguir diferentes velocidades para a fabricação de produtos distintos.
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