Conversor de energia trifásico para cargas de maior potência

Motores, máquinas operatrizes e conjuntos de cargas de maior porte pedem três fases, e é aí que entra o conversor de energia trifásico. Ele resolve duas situações diferentes: mudar a frequência de uma instalação trifásica sem perder as fases, ou criar três fases onde a rede só entrega uma. Cada situação tem cálculo e instalação próprios.

Trifásico/trifásico e monofásico/trifásico: dois problemas diferentes

No trifásico/trifásico, a instalação já tem três fases e o objetivo é entregar outra frequência, como 50 Hz para uma máquina importada, ou uma saída regenerada para cargas sensíveis. A corrente de entrada e a de saída são da mesma ordem de grandeza, e o projeto se parece com o de qualquer equipamento trifásico de mesma potência.

No monofásico/trifásico, o conversor cria as três fases. A carga trifásica passa a funcionar, mas toda a potência é retirada de um único circuito de entrada. Um conversor monofásico/trifásico de 10 kVA alimentado em 220 V, por exemplo, puxa da rede cerca de 45,5 A, sem contar as perdas internas, enquanto a saída trifásica da mesma potência em 220 V tem 26,2 A por fase. Por isso essa versão costuma ficar nas potências menores da linha, e a capacidade do ramal é o primeiro item verificado.

Corrente por fase do conversor de energia trifásico

Na saída trifásica, a corrente de linha é I = S / (√3 × V). A tabela traz os valores calculados para potências da nossa linha nas duas tensões trifásicas mais usadas no Brasil.

Em 380 V, um conversor de energia trifásico de 100 kVA tem 151,9 A por fase; em 220 V, a mesma potência chega a 262,4 A. Na faixa de 200 kVA, a diferença é entre 303,9 A e 524,9 A por fase, o que muda o barramento, os terminais e a quantidade de cabos em paralelo. Quando a carga permite, a saída em 380 V simplifica a instalação de grande potência.

Cargas típicas por faixa

Os exemplos abaixo são aplicações típicas da saída trifásica; a potência final vem sempre do levantamento das cargas reais.

• 10 a 20 kVA: máquina importada de 50 Hz com motor trifásico, compressor ou bancada de ensaio trifásica.
• 30 a 50 kVA: linha de máquinas de um setor produtivo ou conjunto de cargas trifásicas de um laboratório industrial.
• 70 a 120 kVA: alimentação de uma área inteira que opera em frequência diferente da rede.
• Até 200 kVA: instalações maiores, normalmente com projeto elétrico dedicado e quadro de distribuição próprio na saída.

Quando todas as cargas são monofásicas e de potência moderada, a configuração com saída em uma fase pode ser mais simples; ela está descrita na página de conversor de energia monofásico.

Sequência de fases, equilíbrio e neutro

Três cuidados separam uma instalação trifásica bem feita de uma que dá problema na partida:

1. Sequência de fases: a ordem das fases na saída define o sentido de rotação dos motores. Ela é conferida no comissionamento, antes de acoplar bombas, ventiladores e máquinas com sentido de giro obrigatório.
2. Equilíbrio de cargas: cargas monofásicas ligadas na saída trifásica devem ser distribuídas entre as fases no projeto, para que nenhuma fase opere muito acima das outras.
3. Neutro de saída: quando há cargas fase e neutro, o projeto define o neutro da saída e sua relação com o aterramento da instalação.

Se a máquina é de 50 Hz, também é preciso conferir o efeito da frequência na velocidade dos motores, tema detalhado na página do conversor de 60 Hz para 50 Hz.

Saída em 220 V ou 380 V: a carga decide

A tensão de saída trifásica é definida pela placa das máquinas, não pela rede do local. Uma instalação com entrada em 220 V pode alimentar uma máquina de 380 V, e o contrário também acontece, porque a saída é gerada pelo conversor. Quando as máquinas aceitam as duas tensões, 380 V reduz a corrente por fase em cerca de 42% em relação a 220 V, como mostra a tabela, o que diminui a seção dos cabos e o porte da proteção. Máquinas de 50 Hz importadas costumam pedir 400 V entre fases, e esse valor também é especificado no projeto.

Cargas não lineares e harmônicas na saída trifásica

A distorção harmônica total abaixo de 5% da ficha técnica se refere à tensão de saída do conversor. As cargas, porém, podem consumir corrente distorcida: inversores de frequência, retificadores e fontes chaveadas são exemplos comuns em ambientes industriais. Em saídas trifásicas com muitas cargas monofásicas não lineares, a corrente no neutro pode crescer, e o condutor de neutro precisa ser dimensionado com esse efeito, como prevê a ABNT NBR 5410. Quando o perfil de carga é desconhecido, nossa equipe faz medições e análise de rede antes do projeto, para dimensionar o equipamento e os condutores com base em dado medido.

Instalação em potências maiores

A partir de algumas dezenas de kVA, o conversor de energia trifásico passa a exigir planejamento de espaço. O piso precisa suportar o peso do gabinete, o local deve ter ventilação para o calor dos estágios de potência e o acesso deve permitir manutenção pela frente e pelas laterais, conforme a ficha do equipamento. Os circuitos de entrada e de saída são dimensionados pela corrente da tabela, com proteção e seção de condutores definidas pela ABNT NBR 5410, e a execução segue a NR-10, com profissional habilitado.

Na manutenção preventiva, além da limpeza e da verificação de conexões, a termografia ajuda a localizar aquecimento anormal em terminais e barramentos de alta corrente antes que vire falha; é um dos serviços técnicos que realizamos em instalações de baixa tensão. A visão geral das configurações está na página principal de conversores de energia.

Envie a lista de máquinas com os dados de placa e a rede disponível. Peça o dimensionamento à nossa equipe técnica para definir a potência, a tensão de saída e a entrada do seu conversor de energia trifásico.