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Nas fábricas inteligentes, máquinas e sistemas estão, cada vez mais, ligados em rede. Como resultado, o assunto da compatibilidade eletromagnética (EMC) também está a tornar-se cada vez mais importante. Especialmente em plantas industriais, onde são usados ​​motores controlados por conversor de frequência, correntes indesejáveis ​​podem ocorrer cada vez mais nos cabos de ligação equipotencial (PA) ou terra de proteção (PE). 

Um cabo novo e inovador da LAPP reduz de forma confiável as correntes de fuga e contribui decisivamente para melhorar a EMC em máquinas e sistemas.

ÖLFLEX® SERVO FD zeroCM

Atualmente, os motores elétricos na automação de processos são operados exclusivamente por meio de conversores de frequência. 

Além da vantagem da velocidade variável, esse tipo de controlo oferece melhorias consideráveis ​​em termos de eficiência energética e de processo. No entanto, devido ao princípio de controlo, ocorrem efeitos colaterais indesejáveis ​​e são geradas correntes de fuga.

Quantos mais componentes estiverem envolvidos, maior o risco de tais distúrbios. Ao mesmo tempo, os espaços de instalação em máquinas e sistemas estão a tornar-se cada vez menores. Para evitar perdas de produção dispendiosas na fábrica inteligente, é melhor considerar o tópico EMC durante a fase de planeamento.

Projeto de cabo repensado

A LAPP acaba de demonstrar como a interferência nas soluções de conexão pode ser virtualmente eliminada como parte do projeto de pesquisa “PEPA” do Ministério Federal Alemão de Economia e Proteção Climática. Além da LAPP, as empresas SEW-EURODRIVE, BLOCK, Danfoss, MAGNETEC e a Universidade Técnica de Darmstadt estão envolvidas no projeto. Aqui, a LAPP lidera o plano de trabalho: 

• Acoplamentos entre cabos vizinhos,
• Componentes da planta,
• Medições e otimizações do projeto do cabo. 

O objetivo deste pacote de trabalho é promover a pesquisa entre empresas sobre um tema complexo do mundo da automação/acionamento, no qual a seleção correta dos componentes de conexão e a sua instalação profissional são particularmente importantes.

Espectro típico de correntes de fuga medidas em condutores terra de proteção e ligações equipotenciais.

O objeto da investigação foi testar correntes indesejáveis. Descobriram que estas ​​ocorrem com muita frequência nas linhas de equalização de potencial (PA) ou nas linhas de aterramento de proteção (PE) em plantas industriais nas quais são usados ​​motores controlados por conversor de frequência. 

Devido ao controlo por clock (modulação por largura de pulso), são excitadas correntes de interferência na faixa de cerca de 3 kHz a 1 MHz, que fluem através de partes do invólucro, condutores/redes PA/PE e, no pior caso, através da blindagem de linhas de dados na direção do potencial da terra ou para a fonte. 

Correntes de equalização de alta frequência com amplitude de 10 A ou mais não são incomuns. As consequências são correntes inadmissivelmente altas no aterramento de proteção e, portanto, disparos supostamente incorretos de disjuntores de corrente residual (RCD) ou comprometimento da comunicação de dados. Isto caso as correntes de equalização fluem sobre a blindagem de cobre de uma linha de dados. 

Essas falhas são difíceis de encontrar porque não seguem uma abordagem sistemática. 

A LAPP estabeleceu o objetivo de investigar os mecanismos de acoplamento físico nos cabos de conexão do motor e derivar disso um novo tipo de projeto de cabo. O resultado desse desenvolvimento é a tecnologia zeroCM®.

Tecnologia de cabos posta à prova

A origem da inovação foi colocar à prova o status quo na tecnologia de cabos: os designs anteriores tendiam a ser ajustados para pequenos diâmetros externos e simetria óptica. Até então, o problema de EMC era sempre resolvido pela blindagem.

 A LAPP adotou uma abordagem diferente com a tecnologia zeroCM: o cabo é visualmente assimétrico, mas 100% de simetria eletromagnética é alcançada. O que significa que ainda é necessária uma menor blindagem.

O segredo da tecnologia zeroCM® é uma técnica de entrançamento especial e inovadora: condutores trifásicos são dispostos simetricamente e entrançados numa camada interna. Além disso, pelo menos um condutor de proteção é entrançado numa camada externa com direção de entrançamento oposta ao redor dos condutores trifásicos de uma relação de comprimento de configuração específica. O isolamento dos condutores é otimizado para capacidade elétrica e consiste em polietileno, polipropileno ou uma variante de espuma. Entre a camada interna e a camada externa há um velo de separação. Este projeto atinge a simetria elétrica perfeita, o que reduz a radiação magnética e reduz consideravelmente os acoplamentos internos. O primeiro protótipo de cabo com um novo design é o ÖLFLEX® SERVO FD zeroCM. É especialmente adequado para uso em conjunto com conversores de frequência.

Teste bem sucedido

A eficácia do novo cabo ÖLFLEX® SERVO FD zeroCM foi confirmada em configurações de teste nos parceiros do projeto como parte do projeto de pesquisa PEPA. Além de investigar uma instalação de componentes otimizada para EMC, a função da linha de saída foi avaliada, entre outras. Para comparação, uma configuração de teste idêntica com um sistema de acionamento com equalização de potencial, bem como uma linha de sinal paralela (ProfiNet) foi selecionada. Foram comparados um cabo padrão blindado isolado em PVC, um cabo servo de baixa capacitância, um cabo de motor simétrico com três condutores de proteção e o novo cabo zeroCM® com estrutura otimizada. Os resultados foram claros. Os melhores valores em termos de corrente de fuga na saída do conversor foram obtidos pelo projeto de baixa capacidade elétrica do cabo zeroCM®. As correntes de fuga geradas representam uma carga adicional para o inversor de frequência e todos os componentes envolvidos e, portanto, devem ser mantidas o mais baixo possível. Além disso, a corrente de interferência que flui através de uma linha de sinal paralela foi investigada. Também assim, o uso do cabo zeroCM® favorece a expressão das correntes de interferência mais baixas possíveis. As investigações nos parceiros do projeto também resultaram em recomendações claras para a instalação otimizada de conversores de frequência EMC, como ligação equipotencial de baixa impedância, compatível com RF e contínua entre o conversor de frequência. A conexão de blindagem com plugues compatíveis com EMC ou conexão de blindagem plana, como com os prensa-cabos SKINTOP® BRUSH EMC usados, é de grande importância aqui.

Corrente de fuga (rms e nível máximo) medida na saída do inversor de frequência para um inversor de 4 kW e comprimento de cabo de 50 m

Maiores comprimentos de cabo possíveis

Em resumo, a tecnologia zeroCM® não elimina a causa da interferência EMC, mas aborda precisamente um dos pontos significativos em que a interferência é introduzida no ambiente do sistema. Por um lado, o novo design do cabo permite que as correntes de equalização sejam reduzidas em até 80% na saída do inversor de frequência e em caminhos paralelos, como linhas de dados. Por outro lado, correntes de carga de cabo reduzidas garantem carga reduzida no próprio inversor: Por exemplo, comprimentos de cabo mais longos podem ser colocados sem operar o inversor de frequência fora de suas especificações (EMC). Além disso, a tecnologia zeroCM® evita a ocorrência de níveis de tensão no potencial de aterramento (tensão de aterramento) do lado do consumidor. Isso é particularmente importante quando, por exemplo, são usadas tecnologias de sensores sensíveis, como codificadores analógicos.

Embora o novo cabo possa parecer estranho quando é montado pela primeira vez, o cabeamento permanece tão simples como de costume, o esforço é até reduzido em comparação com os cabos simétricos de aterramento com um terço do condutor de proteção. O objetivo do LAPP agora é equipar um portfólio com a tecnologia zeroCM®; as linhas híbridas são as próximas.

A curva de medição mostra a emissão de interferência conduzida de um inversor de frequência de acordo com DIN EN IEC 61800-3 e a melhoria quando um cabo servo zeroCM® é usado.