Um inversor inadequado pode desligar sem aviso, superaquecer o motor ou desgastar a correia prematuramente. Você evita esses problemas escolhendo cuidadosamente um VFD para motor de transportador. Comece pelo tipo de carga. Em seguida, leia a placa de identificação do motor. Depois, dimensione o inversor pela corrente de plena carga, não pela potência em cavalos. Por fim, compatibilize a unidade com o ambiente da sua fábrica. Cada escolha se baseia na anterior, desde a análise de carga até as verificações de comissionamento. Os anos de experiência da Canroon em aplicações de transportadores moldam as dicas práticas deste guia.

Principais conclusões

• Determine primeiro o tipo de carga. A maioria dos transportadores precisa de um inversor para serviço pesado para torque constante.

• Observe a placa de identificação do motor. Escolha o inversor com base na corrente de plena carga, não na potência em cavalos.

• Escolhacontrole vetorial sem sensor para manter a velocidade estável quando as cargas mudam.

• Planeje a instalação. Use o invólucro correto e mantenha os cabos do motor curtos.

• Considere a segurança e as necessidades de comunicação do inversor. Em seguida, compatibilize o inversor com seu sistema de controle.

Identifique primeiro o tipo de carga do transportador

O tipo de carga é a primeira escolha a fazer antes de selecionar qualquer inversor. O tipo de máquina e suas necessidades de torque estão no topo de todalista de verificação para seleção de VFD. Você só pode verificar a faixa de velocidade, o torque de partida, a capacidade de sobrecarga e as necessidades de refrigeração depois de conhecer o tipo de carga. Uma escolha incorreta aqui causa disparos indevidos por sobrecorrente durante o comissionamento, e esses disparos frequentemente ocorrem quando configurações de torque variável são usadas em uma carga de torque constante.

Torque constante vs. torque variável

A maioria dos transportadores são cargas de torque constante. Eles precisam da mesma porcentagem de torque em baixa e alta velocidade porque o mesmo peso pode ser movimentado em diferentes velocidades. Ventiladores e bombas operam de forma diferente. Sua demanda de torque cai acentuadamente em velocidades menores, seguindo o quadrado da velocidade. Essa diferença orienta todas as escolhas posteriores.

Uma carga de torque constante precisa de uma classificação de sobrecarga para serviço pesado. Uma carga de torque variável precisa apenas de uma classificação para serviço normal. Usar configurações de torque variável em uma carga de torque constante é uma das principais causas de falhas de comissionamento.

Ciclo de trabalho e torque de partida

O torque de partida frequentemente fica bem acima do torque em operação. Um transportador horizontal pode precisar de 250% do torque em operação para partir, como 550 N·m de torque de partida contra 220 N·m em operação. Rolamentos, correias e vedações normalmente precisam de 1,5 a 3 vezes o torque em operação após se estabilizarem. Seu inversor deve fornecer esse pico sem desarmar.

O ciclo de trabalho influencia o dimensionamento da sobrecarga da mesma forma. Pense em um transportador de 5,5 kW com partidas frequentes em plena carga. A FLA do motor é 11,5 A. Um fator de serviço de 1,15 eleva isso para 13,2 A. Uma exigência de torque de partida de 150% significa 150% durante 60 segundos, ou pico de 17,3 A. Você escolheria um inversor classificado para serviço pesado com capacidade de sobrecarga de 150%, ou aumentaria para uma estrutura de 7,5 kW classificada para 17 a 18 A, para ter margem de torque. A escolha final: um inversor de 7,5 kW para serviço pesado, 17 A contínuos, sobrecarga de 150%. Isso proporciona partida confiável em plena carga, além de margem para futuros aumentos de produção.

Cargas de torque constante, como transportadores, exigem o mesmo torque independentemente da velocidade; portanto, em baixas velocidades, o motor ainda precisa de torque máximo e, consequentemente, de corrente máxima. O VFD deve ser dimensionado para fornecer essa corrente continuamente. Muitas aplicações de torque constante também exigem alto torque de partida — frequentemente pelo menos 150% da classificação de torque do motor para movimentar o transportador — por isso, em alguns casos, seleciona-se um inversor com capacidade de sobrecarga superior à do motor.

As classificações de sobrecarga de VFD são modelos de acumulação térmica, não simples curvas de tempo-corrente. Elas acompanham o aquecimento I²t nas junções dos IGBTs e nos capacitores do barramento CC. Um inversor submetido a eventos repetidos de sobrecarga de 140% por 30 segundos cada, com refrigeração insuficiente entre os eventos, desarmará por sobrecarga térmica mesmo sem ultrapassar sua classificação instantânea de 150%. O modelo térmico acumula calor mais rapidamente do que o sistema de refrigeração consegue dissipá-lo. O ciclo de trabalho — a frequência e a duração dos eventos de sobrecarga, além dos intervalos de refrigeração — determina se uma determinada capacidade de sobrecarga é sustentável. Partidas e paradas frequentes exigem fatores de segurança maiores, de 1,4 a 1,6, porque cada ciclo de aceleração adiciona calor.

Leia os dados da placa de identificação do motor

A placa de identificação informa tudo de que você precisa para começar aescolher seu inversor. Cada item responde a uma pergunta diferente, e a ausência de apenas um pode causar problemas posteriormente.

Potência em cavalos, tensão, fases e FLA

A potência em cavalos é o número menos útil na placa para escolher um inversor. Ela mostra o que o motor pode fazer, não o que o inversor deve fornecer. Dois motores de 50 HP, 460 V e trifásicos podem consumir 65 A e 69 A, dependendo da eficiência, do fator de potência e do projeto. Dimensione pela corrente e depois verifique a faixa de potência em cavalos.

A FLA orienta a seleção. Compare a FLA do motor com a classificação de corrente de cada inversor e, em seguida, adicione margem extra para cargas de torque constante e partidas pesadas. Um inversor pequeno demais desarma toda vez que é energizado. Use a potência em cavalos apenas para restringir sua busca.

Compatibilize a entrada do VFD com o motor e a alimentação

Verifique a alimentação elétrica do prédio antes de comprar. As classificações comuns de entrada de inversores incluem 200–240 VAC monofásico e 380–480 VAC trifásico. Um inversor de 480 V em uma alimentação de 208 V não fornecerá a saída nominal, e a tensão incorreta pode danificar o inversor imediatamente.

Motores de indução CA trifásicos são a escolha normal para transportadores de fabricação. Se for necessário usar entrada monofásica, um inversor padrão pode funcionar conectando os dois condutores energizados e deixando um terminal sem uso, mas isso aplica corrente em duas fases e aumenta o risco de falha dos diodos de entrada. O sobredimensionamento do inversor compensa isso. Mantenha as tensões do inversor e do motor iguais; se a tensão precisar mudar, use um transformador em vez de depender do VFD para motor de transportador para compensar a diferença.

Dimensione o VFD para um motor de transportador pela corrente

A corrente do motor determina a escolha, não a potência em cavalos. Um inversor selecionado somente pela potência em cavalos pode ser pequeno demais quando o motor consome mais amperes do que o esperado. Sempre compatibilize a corrente de saída contínua do inversor com a corrente de plena carga do motor na tensão correta.

Compatibilize o VFD para um motor de transportador com a FLA do motor

Encontre a FLA da placa antes de comprar qualquer coisa. A classificação de corrente contínua do inversor deve ser igual ou maior que esse número. Para aplicações de transportadores, adicione margem de sobrecarga à FLA básica. Essa demanda extra frequentemente leva sua escolha ao próximo tamanho de estrutura.

O fator de segurança usado depende de como o transportador opera. Use esta tabela como guia:

Um transportador que parte e para frequentemente precisa da extremidade superior dessa faixa. Cada ciclo de aceleração adiciona calor às junções dos IGBTs e aos capacitores do barramento CC do inversor. O modelo térmico acumula esse calor mais rapidamente do que o sistema de refrigeração consegue removê-lo. Um inversor submetido a eventos repetidos de sobrecarga desarmará por sobrecarga térmica mesmo sem ultrapassar sua classificação instantânea.

Um inversor subdimensionado causa danos reais. Ele superaquece, desarma com frequência e pode falhar completamente. Também desperdiça energia porque não consegue atender à demanda do motor.

Capacidade de sobrecarga e fatores de desclassificação

Os transportadores precisam de um inversor para serviço pesado com capacidade de sobrecarga de 150% por 60 segundos. Isso cobre o torque de partida quando a correia inicia sob carga. Se o transportador precisar de mais de 150% de sobrecarga ou de mais de 60 segundos, passe para um tamanho de estrutura maior.

Os fatores de desclassificação reduzem a corrente que um inversor pode fornecer. Observe estes quatro itens:

• Frequência de chaveamento

• Temperatura ambiente

• Altitude de instalação

• Ventilação do invólucro

A desclassificação por altitude segue uma regra clara. Ela começa a 1.000 metros de elevação, com redução de 1% a cada 100 metros acima desse ponto. Um inversor de 100 A ao nível do mar torna-se um inversor de 90 A a 2.000 metros. Grandes sistemas de transportadores na mina Collahuasi, no Chile, operam a quase 5.000 m acima do nível do mar, comprovando que aplicações de transportadores em grande altitude funcionam com a seleção adequada do inversor.

Altitudes maiores reduzem a pressão e a densidade do ar, diminuindo a capacidade de refrigeração. Os fabricantes estabelecem regras de desclassificação para altitudes acima de 1.000 m conforme as normas e os manuais de instalação.

Depois de aplicar a desclassificação por temperatura, altitude, frequência da portadora e condições do invólucro, a corrente contínua disponível ainda deve atender ou exceder a FLA do motor. Se a desclassificação reduzir os amperes disponíveis abaixo da FLA, aumente um tamanho de estrutura ou reduza a frequência da portadora.

Os engenheiros de aplicação da Canroon podem ajudá-lo adimensionar um VFD para um motor de transportador quando os dados do motor ou as condições de carga deixarem dúvidas. O suporte de dimensionamento deles elimina as incertezas de trabalhos difíceis.

Escolha o método de controle e a resposta dinâmica

O método de controle determina o quão bem seu transportador mantém a velocidade quando o peso do produto muda. Você tem duas opções principais: V/Hz em malha aberta e controle vetorial. Cada uma é adequada a diferentes exigências de transportadores.

Controle vetorial em malha aberta vs. malha fechada

O controle V/Hz em malha aberta mantém uma relação constante entre tensão e frequência. Ele funciona para transportadores básicos de materiais, nos quais uma variação de velocidade de mais ou menos 2 a 3 por cento não afeta o processo. No entanto, o controle V/Hz permite escorregamento de 50 a 100 RPM sob variações de carga. Esse escorregamento pode causar travamentos de produtos nos pontos de transferência. O V/Hz também não consegue partir de forma confiável um transportador carregado ou um elevador inclinado.

Ocontrole vetorial resolve esses problemas. Ele proporciona uma regulação de velocidade mais precisa e maior torque de partida. O controle vetorial em malha aberta produz 100% do torque nominal até aproximadamente 8 Hz. Ele não precisa de encoder. O controle vetorial em malha fechada adiciona um encoder para uma regulação ainda mais precisa, mas a maioria dos transportadores não precisa desse nível de precisão.

Controle vetorial sem sensor para velocidade constante do transportador

Um inversor vetorial sem sensor estima a velocidade do motor a partir da corrente e da tensão. Ele não precisa de tacômetro. O inversor ajusta a frequência de saída para manter a velocidade desejada. Programe 1800 rpm no inversor para um motor de 4 polos, e ele fornecerá a frequência necessária para manter 1800 rpm, em vez dos 1780 rpm indicados na placa.

VFDs modernos podem usar software para calcular a velocidade do motor analisando a corrente do motor. Essa velocidade calculada pode ser usada para controlar a velocidade da carga de forma bastante próxima sem usar realimentação por tacômetro, embora com algum erro de velocidade.

Essa resposta é adequada para aplicações dinâmicas de transportadores. O VFD para motor de transportador controla tanto a velocidade quanto o torque. Quando a carga muda, o inversor detecta a alteração de velocidade e fornece torque corretivo para recuperá-la.

Planeje a instalação e o ambiente

O espaço ao redor do inversor é tão importante quanto o próprio inversor. Os VFDs convertem CA em CC e novamente em CA, e esse processo gera calor. O superaquecimento destrói a eletrônica de potência mais rapidamente do que qualquer outra causa. A maioria dos inversores suporta temperaturas ambiente de até 40°C (104°F) sem desclassificação. Um local mais quente exige sobredimensionar o inversor ou adicionar ventilação forçada.

Invólucro, temperatura e contaminação

Escolha um invólucro compatível com o piso da fábrica. Uma sala elétrica limpa funciona bem com uma classificação básica IP20 ou NEMA 1. Áreas de transportadores com poeira precisam de proteção NEMA 12 ou IP54. Zonas de lavagem exigem NEMA 4X. Mantenha a umidade relativa abaixo de 95% sem condensação e adicione aquecedores de painel se o inversor permanecer inativo em condições frias e úmidas.

VFDs são máquinas de conversão de energia, e esse processo de converter CA em CC e novamente em CA gera muito calor. Remover esse calor do inversor é possivelmente o fator mais crítico para sua sobrevivência. O superaquecimento é a principal causa de falha da eletrônica de potência.

Montagem, comprimento do cabo e posicionamento

Monte o inversor verticalmente em uma superfície rígida. Siga as especificações de folga do fabricante nas partes superior, inferior e laterais. Nunca bloqueie as aberturas de ventilação. Em um painel fechado, instale ventiladores e filtros para puxar ar frio pela parte inferior e expelir ar quente pela parte superior. Vibração excessiva afrouxa conexões; portanto, monte os inversores na parede sobre superfícies sólidas.

Os limites de comprimento do cabo do motor são importantes devido à reflexão de tensão. Sem filtragem de saída, mantenha os cabos com no máximo 200–300 pés. Adicione um reator de saída, filtro dV/dt ou filtro senoidal para estender os trajetos até 1.000 pés ou mais. O posicionamento adequado e o planejamento dos cabos evitam superaquecimento e falhas indevidas antes que ocorram.

Gerencie a integração, a segurança e o suporte

Seu inversor precisa conectar-se ao sistema de controle e manter os trabalhadores seguros. Planeje essas conexões antes de comprar.

I/O, circuitos de segurança e fiação de parada de emergência

Determine primeiro suas necessidades de I/O digital e analógica. As entradas digitais cuidam dos sinais de partida, parada e reset de falha. As entradas analógicas recebem referências de velocidade de um PLC ou potenciômetro. Você também precisa de saídas digitais para status de operação e alarmes de falha.

Os circuitos de segurança exigem a mesma atenção. O Safe Torque Off (STO) permite cortar a energia do motor sem desligar a alimentação principal. Botões de parada de emergência devem ser posicionados em pontos-chave ao longo do trajeto do transportador. Contatores com classificação de segurança proporcionam desconexão positiva. Cortinas de luz e tapetes de segurança protegem os operadores nos locais onde trabalham com a linha. Rampas de desaceleração controlada impedem que as cargas se desloquem durante as paradas. Dispositivos de bloqueio e etiquetagem mantêm as equipes de manutenção seguras.

Protocolos de comunicação e planejamento de manutenção

A rede atual da sua fábrica frequentemente determina o protocolo. Modbus é a escolha mais comum entre os fabricantes de VFD. Ele funciona bem para sistemas simples e fábricas mais antigas. EtherNet/IP é adequado para ambientes Rockwell. PROFINET atende fábricas centradas em Siemens. Profibus DP serve instalações legadas existentes da Siemens. EtherCAT gerencia sincronização em alta velocidade para controle de movimento.

Escolha com base no que sua fábrica já utiliza, na velocidade de loop necessária e na capacidade da sua equipe para realizar a manutenção. Opte por protocolos baseados em Ethernet se planejar adicionar painéis de controle em nuvem posteriormente.

Planeje o suporte contínuo antes da instalação. Mantenha inversores sobressalentes ou peças críticas disponíveis. Certifique-se de que haja acesso para manutenção ao redor do painel. UmVFD para motor de transportador bem integrado reduz o tempo de parada e facilita a solução de problemas.

Use uma lista de verificação e evite erros comuns

Lista de verificação pré-compra para seleção de VFD

Uma lista de verificação escrita ajuda você a escolher o inversor certo. Revise cada etapa antes de comprar.

• Verifique a classificação de serviço: o serviço pesado (torque constante) funciona melhor para a maioria dos transportadores porque eles precisam de alto torque de partida sob carga.

• Verifique a capacidade de sobrecarga: o serviço pesado geralmente fornece 150% de sobrecarga por 60 segundos. Se o transportador partir com carga, poderá ser necessário um inversor um ou dois tamanhos maior.

• Planeje a frenagem: você precisa de frenagem regenerativa ou dinâmica quando a carga pode girar o motor, como em transportadores descendentes.

• Observe a configuração do barramento CC: muitos inversores em transportadores longos frequentemente funcionam melhor com um barramento CC compartilhado.

• Escolha o invólucro correto: NEMA 12 ou NEMA 4 com boa refrigeração atende áreas de transportadores empoeiradas. Aplique a desclassificação por temperatura e altitude na seleção.

• Certifique-se de que o motor seja adequado: use motores para inversor (NEMA MG1 Part 31) como padrão. Verifique o comprimento do cabo e a filtragem dV/dt.

• Dimensione com base na corrente de plena carga (FLA) e nas necessidades de sobrecarga da aplicação, não apenas na potência do motor em cavalos.

Registre agora o ciclo de trabalho e o ambiente. Anote as partidas por hora, o tempo de rampa, as necessidades de reversão, a temperatura no local onde o VFD está instalado, a altitude e a classificação do invólucro.

Erros comuns e como evitá-los

O maior erro de dimensionamento é ignorar o torque de partida. Os números em regime permanente podem parecer bons no papel, mas o transportador desarma por sobrecorrente toda vez que parte com carga total. Sempre calcule o torque necessário para movimentar toda a massa a partir da parada.

Outro erro comum é dimensionar somente pela potência em cavalos. Para cargas de torque constante, como transportadores, o VFD deve fornecer corrente de plena carga em qualquer velocidade. Velocidade menor não reduz a demanda de corrente. Compare a classificação de corrente do inversor com a FLC do motor e, em seguida, compare as necessidades de torque de partida com a capacidade de sobrecarga do VFD.

Ignorar a desclassificação por temperatura e altitude também causa disparos falsos. Um inversor que funciona ao nível do mar pode não funcionar em altitudes maiores ou em um painel quente. Os engenheiros de aplicação da Canroon podem revisar sua lista de verificação e ajudá-lo a evitar esses erros ao escolher um VFD para motor de transportador.

Comece observando o tipo de carga. A maioria dos transportadores trabalha com carga de torque constante, portanto precisa de um inversor para serviço pesado. Em seguida, verifique a placa de identificação. Dimensione o inversor usando a FLA, não a potência em cavalos. Escolhacontrole vetorial sem sensor para manter a velocidade estável quando a carga mudar. Planeje sua configuração com o invólucro e o comprimento de cabo adequados. Confirme suas necessidades de I/O, circuitos de segurança e comunicação.

Essas etapas evitam que o motor fique muito quente. Elas reduzem os disparos indevidos. Elas tornam seu transportador mais confiável e reduzem o tempo de parada. Se os dados do motor ou as condições de carga parecerem pouco claros, peça ajuda aos engenheiros de aplicação da Canroon. Um VFD para motor de transportador bem selecionado compensa com anos de disponibilidade constante e operação suave. Escolher o tamanho correto é um investimento de longo prazo na sua linha de transportadores.

Perguntas frequentes

Posso dimensionar um VFD pela potência do motor em cavalos em vez da FLA?

Não. A potência em cavalos informa o que o motor pode fazer, não o que o inversor deve fornecer. Dois motores com a mesma potência podem consumir correntes diferentes. Sempre compatibilize a classificação de corrente contínua do inversor com a FLA indicada na placa do motor.

De quanta capacidade de sobrecarga um VFD para transportador precisa?

A maioria dos transportadores precisa de um inversor para serviço pesado com capacidade de sobrecarga de 150% por 60 segundos. Isso atende ao torque de partida quando a correia inicia com carga. Se seu transportador precisar de mais do que isso, passe para um tamanho de estrutura maior.

Preciso de um encoder para velocidade constante do transportador?

Geralmente não. Uminversor vetorial sem sensor calcula a velocidade do motor a partir da corrente e da tensão e mantém a velocidade dentro de 1–3% do valor definido. Essa precisão funciona para a maioria dos transportadores. Adicione um encoder somente quando seu processo exigir controle mais preciso.

Como a altitude afeta a seleção de VFD?

A desclassificação começa a 1.000 metros de elevação, com redução de corrente de 1% para cada 100 metros acima desse ponto. Um inversor de 100 A ao nível do mar torna-se um inversor de 90 A a 2.000 metros. Passe para um tamanho de estrutura maior se os amperes desclassificados ficarem abaixo da FLA do motor.

Qual é o comprimento máximo do cabo do motor sem filtro?

Mantenha os cabos com no máximo 200–300 pés quando não houver filtragem de saída. Percursos mais longos causam reflexão de tensão que pode danificar o isolamento do motor. Adicione um reator de saída, filtro dV/dt ou filtro senoidal para estender os percursos até 1.000 pés ou mais.