Falha de energia:o que uma unidade faz quando a energia cai?

O fornecimento público de eletricidade é geralmente confiável, mas sofre distúrbios. Obviamente, uma perda total de fornecimento resulta na parada de todos os equipamentos elétricos, a menos que tenha um fornecimento de backup, como um no-break e/ou gerador de backup conectado. Quando a energia retorna, o equipamento reinicia do estado desligado da maneira como foi projetado para iniciar. No entanto, existe uma classe de distúrbios que assume a forma de interrupções curtas ou quedas de tensão onde o comportamento não é tão óbvio.

Quedas de tensão curtas não são incomuns. Eles podem ser causados ​​por falhas de linha desencadeadas por raios ou queda de objetos, como árvores, etc. Sempre que ocorre uma falha no sistema de energia pública, uma queda de tensão se propaga a partir do ponto de falha ao redor de todo o sistema. O equipamento de proteção da empresa de energia dispara o circuito defeituoso em uma escala de tempo na região de 200 ms, após o qual a energia é recuperada para a maioria dos consumidores, às vezes após várias tentativas de disjuntores de religamento automático. No entanto, durante esse período, os consumidores de energia experimentam quedas de tensão de várias profundidades, dependendo de sua distância elétrica da falha. Na indústria pesada, quedas de tensão também ocorrem na partida direta de motores grandes.

É importante que os equipamentos elétricos se comportem corretamente durante e após uma queda ou interrupção, uma questão que é facilmente ignorada. Deve passar por um mergulho curto ou raso. Se isso não for possível, o comportamento correto depende do aplicativo. em algumas aplicações, o equipamento deve parar e esperar para ser reiniciado, manualmente, para evitar o risco de partida inesperada, ou automaticamente, mas sob controle coordenado para vários motores. Outras aplicações necessitam que o equipamento reinicie automaticamente quando a energia retornar, de forma controlada. A falha em reiniciar corretamente pode causar perda de produção na fábrica, emergências como pessoas presas em elevadores, sistemas de ar condicionado tropeçando e todos os tipos de dispositivos eletrônicos que precisam de uma visita de serviço cara para redefini-los.

Quedas e interrupções

As quedas e interrupções mais curtas são tipicamente de cerca de 10 ms, ou meio ciclo de alimentação, de duração. Qualquer coisa que exceda cerca de 10 s seria considerada uma perda de potência. O intervalo de durações em que precisamos observar atentamente o comportamento é principalmente de 10 ms até cerca de 500 ms. Nesse intervalo, os erros de design podem resultar em comportamento incorreto, como processadores travando ou travando, ou dados corrompidos.

Em um sistema trifásico, as falhas geralmente afetam apenas uma fase, uma vez que raios e objetos em queda geralmente afetam apenas uma fase. A falha pode, no entanto, se espalhar para todos os três. Uma falta monofásico-terra no sistema de transmissão de alta tensão aparece como uma falta linha a linha no sistema de distribuição de baixa tensão, após os transformadores delta-estrela. As quedas da partida do motor afetam todas as três fases.

Armazenamento de energia e transporte

Em um circuito eletrônico típico alimentado pela rede elétrica, há um capacitor razoavelmente grande conectado na linha de alimentação CC interna para suavizar a tensão retificada e geralmente armazena energia suficiente para manter o circuito funcionando por cerca de 10 ms a 20 ms. Para quedas ou interrupções mais curtas, ele continua a operar normalmente e pode haver um circuito de monitoramento de energia que detecta uma baixa tensão. Há então tempo para executar uma rotina curta para salvar alguns dados essenciais na memória não volátil e colocar o sistema em um estado conhecido, a partir do qual ele pode reiniciar assim que a fonte de alimentação retornar. Se for necessário percorrer até cerca de 100 ms, isso pode ser obtido adicionando capacitância extra, além da qual seria necessário algum tipo de bateria ou UPS.

Em um inversor de velocidade variável típico, devido ao alto rendimento de potência, os capacitores não armazenam energia suficiente para fornecer a potência de carga nominal mesmo por 10 ms. Não há possibilidade realista de atravessar o mergulho de maneira simples usando a energia armazenada do capacitor, a menos que a potência da carga esteja muito baixa no momento. Em algumas aplicações especiais, capacitores externos adicionais, supercapacitores ou baterias foram conectados ao barramento CC para garantir a passagem, mas isso geralmente é muito caro.

Por outro lado, pode haver alguma energia útil armazenada mecanicamente na inércia do motor. Dependendo da aplicação, pode ser possível usar parte dessa energia para manter o inversor em um estado viável e pronto para quando a energia retornar.

Passeio para dirigir

A Figura 1 mostra os principais componentes de alimentação de um inversor de CA. Os estranguladores são opcionais e têm pouco efeito no percurso.

Figura 1:Principais componentes de alimentação de um VSD AC

O retificador é unidirecional, a energia só pode passar da alimentação CA para o barramento CC. O inversor e o motor são bidirecionais, portanto, é possível que a energia retorne do motor para o barramento CC do inversor, desde que também haja energia suficiente para manter o motor magnetizado.

O controlador de acionamento possui uma medição da tensão do barramento CC, para que possa detectar uma queda na tensão. Uma breve interrupção da alimentação CA tem o mesmo efeito que uma queda, pois a tensão CC cai à medida que o capacitor descarrega. Existem várias situações possíveis, e o comportamento detalhado depende do modo de controle do motor utilizado. Vamos considerar um controle simples em malha aberta com relação V/f fixa básica.



Em qualquer caso em que a tensão se recupere antes que o nível de detecção de perda de alimentação seja alcançado, a operação normal continua. Há um curto surto de corrente de entrada à medida que o capacitor recarrega sem o benefício do circuito de carga suave. O inversor foi projetado para suportar esse surto sem danos, mas sabe-se que os disjuntores operam nesta situação, especialmente quando vários inversores são alimentados pelo mesmo disjuntor.

Rotina de perda de fornecimento:

Existe um parâmetro de modo selecionável pelo usuário que permite a escolha de três ações, que podem ser escolhidas de acordo com as necessidades da aplicação:

1. Nenhuma ação (função de perda de suprimento desativada)
2. Rampa para parar
3. Passeio

Na opção 1 o motor para por inércia. O inversor não executa nenhuma ação quando a tensão cai abaixo do nível de detecção de perda de alimentação. Se a tensão continuar a cair abaixo do nível de detecção de subtensão, o inversor é desabilitado e o motor para por inércia. Se a energia retornar, o inversor executa uma reinicialização automática se os comandos de habilitar e executar para o inversor ainda estiverem presentes.

Opção 2 normalmente seria selecionado onde a aplicação requer vários movimentos coordenados e é importante que o drive não tente ações independentes. O motor é parado em rampa quando a tensão cai abaixo do nível de detecção de perda de alimentação. Se a energia retornar enquanto o inversor está desacelerando o motor, o inversor continua a parar o motor em rampa, caso contrário, o inversor entra no estado de subtensão e desliga.

Há uma diferença no comportamento detalhado entre alguns produtos da Control Techniques quando o inversor chega a uma parada se o fornecimento tiver retornado:

• Para Unidrive M700 e produtos relacionados:uma vez que o motor tenha parado, o inversor entra no estado desabilitado e requer que o sinal de habilitação seja alternado antes de poder funcionar novamente.
• Para Unidrive M100 a M400 e produtos relacionados:uma vez que o motor tenha parado, enquanto os comandos de habilitação e operação ainda estiverem presentes, o inversor reinicia e acelera a velocidade do motor de volta à referência de velocidade.

Opção 3 normalmente seria selecionado onde a aplicação requer que o inversor continue em operação independente tanto quanto possível. O inversor reduz o ajuste de velocidade do motor de forma controlada para que o fluxo do motor seja mantido e a energia mecânica armazenada no motor e a carga retornem ao inversor à medida que a velocidade diminui. A energia é usada para manter a corrente de magnetização do motor e fornecer energia ao circuito de controle do acionamento. Se a energia retornar antes que a energia se esgote, o inversor acelera o motor de volta à velocidade definida.

A chance de sucesso depende claramente da carga mecânica no momento e da inércia específica do motor e sua carga.

Observe que, se a queda de tensão ocorrer em apenas uma fase de uma alimentação trifásica, a energia recuperada precisa apenas “preencher as lacunas” para o retificador durante os intervalos de tensão de fase ausentes, o que requer muito menos energia do que para uma alimentação trifásica. mergulho e é mais provável que resulte em um passeio bem-sucedido.

Limite ao número de tentativas de reinicialização automática

Isso pode ser definido para um número desejado ou ilimitado.

Reinicialização do motor giratório:

Em todas essas opções, se o reinício automático for selecionado, deve-se considerar se a rotina “pegar um motor girando” é necessária. Onde o drive manteve o controle do motor, ou seja, em um estado de rampa ou de passagem, isso não é necessário. No entanto, uma vez que o desarme de subtensão ocorreu, o motor não é mais controlado. Ele pode continuar girando como resultado de sua inércia e/ou fatores externos, como fluxo de ar em um ventilador. Nesse caso, a reinicialização pode falhar, a menos que o algoritmo do motor giratório esteja habilitado.

Padrões e requisitos para quedas de energia, interrupções e duração

Existem padrões harmonizados internacionais e da UE para imunidade de produtos elétricos a quedas e interrupções de energia. Na UE, isso é coberto legalmente pela Diretiva EMC. No resto do mundo, geralmente é considerado uma questão de qualidade do produto e não de lei EMC. Para equipamentos classificados abaixo de 16 A por fase, o padrão de teste é IEC 61000-4-11 (EN 61000-4-11 na UE), mas esse padrão oferece uma ampla variedade de níveis de teste opcionais e nenhum critério de aprovação/reprovação. O padrão do produto deve ser consultado para encontrar os requisitos precisos. Um requisito típico pode ser obtido do padrão genérico de imunidade para equipamentos industriais, IEC 61000-6-2:



O equipamento deve operar conforme especificado durante o mergulho e depois, e não deve ocorrer perda ou corrupção de dados armazenados. Observe que isso não requer passagem literal, no sentido de continuar a fornecer a potência de saída nominal, mas apenas a operação conforme pretendido. O objetivo do teste é encontrar erros ou bugs, como estados suspensos ou dados armazenados corrompidos após a queda/interrupção. Se o teste for aplicado a uma máquina que incorpora acionamentos, os acionamentos devem ser configurados corretamente para garantir que a máquina completa se comporte conforme o esperado durante e após os mergulhos.

Para equipamentos classificados em mais de 16 A por fase, há outro padrão de teste IEC 61000-4-34. Este padrão é pouco utilizado, devido à dificuldade e custo do equipamento de teste. O comportamento de um inversor de alta potência pode ser previsto de forma confiável por simulação e dimensionamento a partir de um modelo de menor potência.

Outro padrão para distúrbios de energia vem do Information Technology Industry Council (ITIC) nos EUA e às vezes é especificado para equipamentos de TI. Ele não define um método de teste, mas apenas um comportamento de tensão terminal. A curva ITIC (anteriormente curva CBEMA) mostra a operação contínua para interrupções de até 20 ms. Aplica-se apenas a alimentações monofásicas e não se adapta facilmente a três fases.

A partir da discussão anterior, você pode ver que um inversor pode conseguir isso no modo de passagem, desde que a energia armazenada suficiente possa ser recuperada pela desaceleração da carga, principalmente com uma alimentação trifásica.

Figura 2:A curva ITIC (anteriormente CBEMA)