A principal diferença entre um motor alimentado por uma fonte de alimentação com conversor de frequência e um motor alimentado por uma onda senoidal da rede elétrica reside no fato de que, por um lado, o primeiro opera em uma ampla faixa de frequências, de baixas a altas, e, por outro lado, a forma de onda da rede elétrica não é senoidal. Através da análise da série de Fourier da forma de onda da tensão, verifica-se que a forma de onda da rede elétrica contém mais de 2N harmônicos, além da componente fundamental (onda de controle) (cada metade da onda de controle contém N ondas moduladas). Quando o conversor CA SPWM fornece energia ao motor, a corrente no motor se apresenta como uma onda senoidal com harmônicos sobrepostos. Essa corrente harmônica gera um componente de fluxo magnético pulsante no circuito magnético do motor assíncrono, e esse componente de fluxo magnético pulsante se sobrepõe ao fluxo magnético principal, resultando em um fluxo magnético principal também pulsante. O componente de fluxo magnético pulsante tende à saturação do circuito magnético, o que acarreta os seguintes efeitos no funcionamento do motor:
1. É gerado um fluxo magnético pulsante.
As perdas aumentam e a eficiência diminui. Isso ocorre porque a saída da fonte de alimentação de frequência variável contém um grande número de harmônicos de alta ordem, que, por sua vez, produzem o correspondente consumo de cobre e ferro, reduzindo a eficiência operacional. Mesmo a tecnologia SPWM (modulação por largura de pulso senoidal), amplamente utilizada atualmente, apenas inibe os harmônicos de baixa ordem e reduz o torque pulsante do motor, ampliando assim a faixa de operação estável em baixa velocidade. Os harmônicos de alta ordem, por outro lado, não apenas não diminuem, como aumentam. Em geral, em comparação com a alimentação senoidal de frequência industrial, a eficiência é reduzida em 1% a 3% e o fator de potência em 4% a 10%, tornando as perdas harmônicas do motor sob alimentação por conversão de frequência um problema significativo.
b) Geração de vibração e ruído eletromagnéticos. Devido à existência de uma série de harmônicos de alta ordem, vibrações e ruídos eletromagnéticos também serão gerados. Como reduzir a vibração e o ruído já é um problema para motores alimentados por onda senoidal. Para o motor alimentado por inversor, o problema se torna mais complexo devido à natureza não senoidal da fonte de alimentação.
c) O torque pulsante de baixa frequência ocorre em baixa velocidade. A síntese da força magnetomotriz harmônica e da corrente harmônica do rotor resulta em torque eletromagnético harmônico constante e torque eletromagnético harmônico alternado. O torque eletromagnético harmônico alternado causa pulsação no motor, afetando assim a operação estável em baixa velocidade. Mesmo utilizando o modo de modulação SPWM, em comparação com a alimentação senoidal de frequência industrial, ainda haverá um certo grau de harmônicos de baixa ordem, que produzirão torque pulsante em baixa velocidade e afetarão a operação estável do motor em baixa velocidade.
2. Gere tensão de impulso e tensão axial (corrente) no isolamento.
a) Ocorre sobretensão. Quando o motor está funcionando, a tensão aplicada frequentemente se sobrepõe à sobretensão gerada quando os componentes do conversor de frequência são comutados, e às vezes a sobretensão é alta, resultando em choques elétricos repetidos na bobina e danos ao isolamento.
b) Geração de tensão e corrente axial. A geração de tensão no eixo deve-se principalmente à existência de desequilíbrio no circuito magnético e ao fenômeno de indução eletrostática, que não é grave em motores comuns, mas é mais proeminente em motores alimentados por fontes de alimentação de frequência variável. Se a tensão no eixo for muito alta, o estado de lubrificação da película de óleo entre o eixo e o rolamento será prejudicado e a vida útil do rolamento será reduzida.
c) A dissipação de calor afeta a eficiência da dissipação térmica quando o motor opera em baixa velocidade. Devido à ampla faixa de regulação de velocidade do motor de frequência variável, ele frequentemente opera em baixa velocidade e baixa frequência. Nesse caso, como a velocidade é muito baixa, o ar de resfriamento fornecido pelo sistema de ventilação próprio do motor é insuficiente, reduzindo a eficiência da dissipação de calor e tornando necessário o uso de um sistema de ventilação independente.
A influência mecânica é propensa à ressonância; em geral, qualquer dispositivo mecânico produzirá o fenômeno de ressonância. No entanto, o motor, operando em frequência e velocidade constantes, deve evitar a ressonância com a frequência natural mecânica da resposta de frequência elétrica de 50 Hz. Quando o motor opera com conversão de frequência, a frequência de operação apresenta uma ampla faixa, e cada componente possui sua própria frequência natural, o que facilita a ocorrência de ressonância em uma determinada frequência.
Data da publicação: 25 de fevereiro de 2025