¿O QUE É A ALTA FREQUÊNCIA?

A alta freqüência é um termo usado para descrever um tipo de corrente eléctrica, que é uma corrente (ampères), com maior frequência do que a normal 50 Hz encontrados no fornecimento de correntes monofásica ou trifásica. No nosso caso, esta alta freqüência é utilizado para assíncrono motor girando a velocidades superiores aos normais.

Para aqueles que estejam interessados em aprefundar mais em detalhe o funcionamento dos motores trifásicos e os motores asincrónicos recomendamos a leitura de “Basic Motor Theory”que se encontra em: "http://www.reliance.com/mtr/mtrthrmn.htm"

A corrente normal tem uma frequência de 50 ou 60Hz – 50Hz = 50 ciclos por segundo.
A alta frequência no nosso caso, tem um máximo de 440Hz = 440 ciclos por segundo.
Alta frequência, usada por alguns dos nossos concorrentes 1000Hz = 1000 ciclos por segundo.

En el grafico superior se representa el voltaje en un eje y el tiempo en el otro.
Se há 50 ondas por segundo, a frequência é de 50 Hz.
Se há 440 ondas por segundo, a frequência é de 440 Hz.
Se há 1000 ondas por segundo, a frequência é de 1000 Hz.
Abaixo mostramos uma representação visual de uma corrente alterna trifásica.

¿Porquê usar uma maior frequência que los 50 Hz?

A razão pela qual queremos usar uma maior frequência que os 50 Hz é porque queremos que os motores girem a maior velocidade que os motores standard.

Maior Frequência (Hz) = Maior Velocidade (rpm) = Maior Potência (kW)

Um motor eléctrico asincrónico trifásico de um determinado tamanho pode produzir uma maior potência de saída se a sua velocidade de rotação aumentar. Para conseguir que o motor gire mais rápidamente, o campo magnético deve tambêm girar mais rápidamente e isto é conseguido incrementando a frequência da corrente.

A mayoría dos motores asincrónicos trifásicos são muito parecidos dentro da sua carcasa. Aquí em baixo mostramos a imagem de un estator e um rotor de alta frequência. Na foto podem ver que a parte final do rotor é de cobre. Este tipo de rotor e de fabricação manual e chama-se “copper squirrel cage type rotor”. Este tipo de rotor é um 30 – 35% mais eficiente quelos convencionais.

Um motor eléctrico pode produzir un cierto par de potência a uma velocidade e isto depende principalmente do número de polos do motor e da frequência com que gira. No nosso caso usamos um motor de 4-polos.

Si el par de un motor se mantiver constante, a potência se ver-se-á incrementada proporcionalmente ao incremento da frequência. Se duplicarmos a frequência, a velocidade do motor aumentara o dobro e com um par constante, a potência ver-se-á aumentada para o dobro.

A potência é proporcional á velocidade:

P = M x n
        9550

P = potência em kW
M = Par en Nm
n = velocidade de rotação em rotações por minuto.
9550 = constante

Exemplo para um sistema de 50 Hz e um motor de 4-polos, a velocidade de rotação do motor é n = 1.450 rpm:

P = 11 Nm x 1450 rpm = 1.67 kW
    9550

Exemplo para um sistema de 440 Hz e um motor de 4-polos, a velocidade de rotação do motor é n = 13.000 rpm:

P = 11 Nm x 13000 rpm = 15 kW
    9550

Exemplo para um sistema de 1000 Hz e um motor de 4-polos, la velocidade de rotação do motor é n = 29.000 rpm:

P = 11 Nm x 29000 rpm = 33.4 kW
    9550

¿Qual é a vantagem dos 440Hz frente aos 1000Hz?

Como explicado anteriormente, se duplicarmos a velocidade de rotação de um motor e o par se mantiver constante, a potência de saída do motor duplica. Por tanto, em teoria com uma maior frequência, o motor será mais pequeño e mais ligeiro para obter as mesmas potências de saída.
Mas para tudo existe um tamanho prático e temos conseguido uma maior fiabilidade do que uma optimização do peso para um ratio de potência. Em contraste com a maioria dos outros fabricantes, temos escolhido trabalhar com 400Hz como a nossa frequência base. Isto é standard na industria como por ejemplo os centros de controle numérico. Um motor de 4-polos a 400 Hz de corrente girará a uma velocidade nominal de 12.000 rpm. Un motor de 4-polos a 1000 Hz de corrente girará a uma velocidade nominal de 30.000 rpm Princípios razoáveis

Como preferimos apoiar os nossos conceitos em principios razoáveis. Os motores de 1000Hz nunca foram uma opção. Conseguir que os rolamentos sobrevivam a um esforço tão duro não é fácil e pode causar problemas a longo prazo aos nossos clientes. Os nossos motores estão a trabalhar com uma frequência de 400 Hz base e podem chegar a 440 Hz. Podemos aumentar a vida útil dos rolamentos e evitar freqüentes manutenções.
Para operar um motor em 1000 Hz é a maneira barata de obter um poderoso motor com um peso reduzido. Mas há também muitos problemas com este sistema. Ao mudar os nossos motores para 12000 rpm são penalizadas com um maior peso, mas pode ser compensada através de uma maior qualidade componentes, ou seja, com um rotor grnde tipo gaiola em cobre. Este tipo de rotor fornece cerca de 30% mais potência de saída do que os rotores de fundição de alumínio, embora mais caros para fabricar. No entanto, entendemos que esta é a melhor opção, já que a confiabilidade é um factor muito importante. Rotações do campo magnético

Num motor asincrónico trifásico o campo magnético gira a uma certa velocidade. Não obstante estes motores têm um certo desfazamento pelo que la rotação do rotor não está sincronizada com a velocidade de rotação do campo magnético. Por isto se chamam asincrónicos y não sincrónicos.

¿Porque é que um sistema de alta frequência é mais eficiente que um sistema hidráulico?

Uma das mais evidentes vantagens da alta frequência frente ao sistema hidráulico é que para um mesmo tamanho de fúsiveis, se obtem-se uma potência considerávelmente maior no eixo do disco.

Exemplo de eficiência do sistema hidráulico:

Motor eléctrico, potência de entrada: 21 kW
Motor eléctrico potência de saida: 20 kW
Amperagem arranque @ 20 kW: 38.5 Amp
Tamanho do fúsivel: Mínimo 25 Amp
Eficácia do motor eléctrico: 96%
Eficácia da bomba hidráulica: 86%
Eficácia do motor hidráulico: 86%
Eficácia dos circuitos hidráulicos, mangueiras, conectores, filtros, etc: 93%
Eficácia geral das transmissões mecânicas do sistema: 92%
A eficácia geral média pode calcular-se com uma forma simplificada, multiplicando os componentes individuais de eficácia:
0.96 x 0.86 x 0.86 x 0.93 x 0.92 = 0.63 = 63%
Potência mecânica em kW no eixo do disco: 0.63 x 21 kW = 13.3 kW
Isto significa que dos 21 Kw de potência iniciais, só 13,3 Kw estão disponiveis no eixo do disco para realizar o trabalho de corte.

Eficácia do sistema de Alta Frequência:

Enquanto que um sistema hidráulico oferece uma eficacia geral à volta dos 60% quando é novo, o sistema de alta frequência oferece dos 80% a 85% de eficacia peral durante toda a vida do equipamento.
As dimensões reducidas do equipamento são outro das obvias vantagens do sistema. O conversor de frequência é tambêm considerablemente mais ligeiro.
Para obter um rendimento equivalente aos 20 Kw do sistema hidráulico descrito anteriormente umsistema de Alta Frequência só necessita um fusivel de 20 Amp.

Função do conversor de frequência

A função principal do conversor de frequência Pentpak é fornecer uma corrente de frequência variable ao motor de alta frequência. A corrente de alimentação do conversor é trifásica, 380 - 500V, 50 – 60 Hz.

Input = 50 – 60 Hz Output = 330 – 440 Hz

Simplificando muito os temas, poder-se-á dizer que um conversor de frequência primeiro rectifica a corrente trifásica convertendo-la em corrente continua e logo constroi uma onda sinusoidal com a frequência desejada indicando a um módulo de potência a frequência e a voltagem que quer obter. Os sinais saem de um microprocesador, controlado por um software, para a criação de ondas sinusoidales. Quanto maior os impulsos de voltagem por ciclo, melhor onda sinusoidal. Com menor números de impulsos é pior, devido à criação de ondas armónicas que devem de ser filtradas para evitar as excesivas interferencias electromagnéticas.

A onda sinusoidal esta composta por “Bloques de construcción” que representam uma certa voltagem durante um certo tempo, controlando os diversos parâmetros involucrados, uma corrente co las características desejadas pode ser criada. Um dos problemas com esta tecnología é que as imperfeitas ondas podem gerar interferencias na rede. Por isso un filtro deve ser desenhado a medida nas aplicações em questão, este filtro isolará a interferêncial o melhor possível.

Enquanto um sistema hidráulico permite uma reação durante o corte, o sistema de HF é muito mais sensivel. Quando um disco é bloqueado repentinamente num corte, o conversor de frequência para e deverá reiniciar-se pondo e motor do disco a funcionar. Com uma máquina hidráulica o operário só tem que invertir a direcção de corte e o disco volta a girar. Enquanto o disco se bloqueia de forma rapida o grupo hidráulico não para e o pode ter tempo de para o corte e sacá-lo sem ter que reiniciar o sistema. Por isso o contrlo do sistema HF é automático, não dependendo da ajuda do operário.