Uma biviga de 20 toneladas são cinco inversores e 24,1 kW em um único barramento, e não a carga de uma ponte só. Mesmo com um reator de 5 por cento em cada inversor, o barramento chega perto de 18 por cento de distorção total de demanda contra um limite de 8 por cento. Aqui está o que realmente se soma, e qual solução pertence a qual ponte.
Uma biviga de 20 toneladas não representa a carga elétrica de uma ponte só. Um item típico de catálogo lista uma talha principal de 16 kW, uma talha auxiliar de 2,6 kW, dois motores de carro de 0,55 kW e quatro motores de translação de 1,1 kW. Isso dá 24,1 kW distribuídos em cinco inversores pendurados em um único barramento. Quando eles operam juntos, as correntes harmônicas se somam antes mesmo de chegar ao seu transformador, e nenhum cálculo de inversor isolado prevê o que o seu medidor vai indicar.
Atendi três casos este ano em que uma biviga nova derrubou uma planta que operava pontes monoviga havia uma década. Nos três, a discussão foi conduzida como se a ponte fosse defeituosa. Dois eram problemas de barramento, um era problema de refrigeração de painel, e nenhum era a ponte.
A razão pela qual as bivigas se comportam de forma diferente se resume a duas coisas com as quais o artigo sobre monoviga deste site não precisou lidar. Há mais inversores e, acima de 16 toneladas, há duas talhas. Duas talhas significam dois retificadores, dois conjuntos de comando de freio e duas chances de um contator desarmar no momento errado. A aritmética que vem a seguir trata do que esses inversores fazem uns com os outros.
Tudo o que está abaixo é ou um número publicado com a fonte indicada, ou uma cláusula de norma, ou um número que calculamos. Os números calculados estão identificados como valores de projeto. Ninguém publicou um levantamento de distorção harmônica em uma biviga de 20 toneladas em uma siderúrgica vietnamita, e não vou fingir o contrário.
Mais do que os compradores contam. Uma monoviga de 10 toneladas tem uma talha, um conjunto de carro e dois motores de translação. Uma biviga com a mesma capacidade tem quatro motores de translação, porque cada viga de cabeceira carrega dois, e a partir de 16 toneladas ela também tem uma segunda talha para as cargas leves. A discriminação de motores publicada abaixo vem de um catálogo padrão de biviga que cobre 5 a 40 toneladas, com os totais tal como impressos.
| Capacidade | Motor de içamento | Motores do carro | Motores de translação | Potência da ponte | Inversores no barramento | Corrente em 400 V |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 5 t | 6,1 / 1 kW | 2 x 0,31 kW | 2 x 0,55 kW | 8,82 kW | 3 | 16,6 A |
| 10 t | 9,5 / 1,5 kW | 2 x 0,44 kW | 2 x 1,1 kW | 14,08 kW | 4 | 26,6 A |
| 20 t | 16 / 2,6 kW | 2 x 0,55 kW | 4 x 1,1 kW | 24,1 kW | 5 a 7 | 45,5 A |
| 32 t | 20 / 5,0 kW | 2 x 1,1 kW | 4 x 1,5 kW | 33,2 kW | 5 a 7 | 62,6 A |
| 40 t | 38 kW | 2 x 1,5 kW | 4 x 2,2 kW | 47,0 kW | 5 a 7 | 88,7 A |
| 50 t (leve europeia) | 4 / 0,67 m/min, 2 velocidades | 20 / 5 m/min | 40 / 10 m/min, comutação de polos | 44,4 kW | 4 | 83,8 A |
As correntes são cálculo nosso em 400 V, fator de potência 0,85 e rendimento do motor 0,90, usando os quilowatts do catálogo. A contagem de inversores é o número de motores comandados separadamente, que é o que importa para harmônicas: cada motor com seu próprio inversor injeta sua própria distorção de corrente em seu próprio ponto do barramento. As nossas listagens de ponte rolante biviga publicam a mesma discriminação por capacidade, e é a primeira coisa que vale comparar entre duas propostas.
Vale parar um instante na linha de 50 toneladas. É uma máquina real e publicada, 13,5 m de vão, 6 m de elevação, 8.950 kg de ponte e 12.810 kg de peso total, 134,5 kN de carga estática máxima por roda, classificação U4/Q2 conforme EN 13001-1, e 44,4 kW de equipamento elétrico. Não tem inversor em nenhum ponto. O içamento é 4/0,67 m/min em um motor de duas velocidades com comutação de polos e a translação é 40/10 m/min da mesma forma. Tenha isso em mente, porque muda aquilo com que você deve se preocupar.
Duas talhas em uma mesma ponte não é um recurso de redundância. É um recurso de produtividade: o gancho auxiliar se move de 2 a 5 vezes mais rápido que o gancho principal e cuida de tudo abaixo de cerca de um quarto da capacidade nominal. Em uma máquina que passa a maior parte do dia içando 2 toneladas, a talha principal é peso morto.
A lista de configurações publicada de uma linha de bivigas pesadas deixa o padrão evidente. A partir de 16 toneladas, todas as capacidades são escritas em pares.
| Capacidade listada | Principal / auxiliar | Participação da auxiliar |
|---|---|---|
| 5 t | gancho único | nenhuma |
| 10 t | gancho único | nenhuma |
| 16 t | 16 / 3,2 t | 20 por cento |
| 20 t | 20 / 5 t | 25 por cento |
| 32 t | 32 / 5 t | 16 por cento |
| 50 t | 50 / 10 t | 20 por cento |
| 75 t | 75 / 20 t | 27 por cento |
| 100 t | 100 / 20 t | 20 por cento |
| 125 t e acima | 125 / 32 t e acima | 25 a 30 por cento |
É aqui que a história elétrica se separa da monoviga. A talha auxiliar é um segundo retificador, um segundo circuito de comando de freio e um segundo cabo de motor, e é dimensionada deliberadamente pequena. Inversores pequenos são justamente os que apresentam a pior distorção de corrente em relação à própria carga, porque a capacitância do barramento CC e o reator, se houver, são escolhidos em função de um invólucro pequeno e não das harmônicas. A mesma lógica vale para o lado de talhas e acessórios do pedido: a unidade pequena não é a unidade simples.
Dois retificadores de 6 pulsos em um mesmo barramento não se compensam por média. Uma demonstração laboratorial publicada com dois inversores em um barramento CA comum mediu 10,9 A de quinta harmônica no primeiro inversor e aproximadamente o dobro com o segundo em operação. Um mais um é igual a dois, como coloca a nota de aplicação da Eaton. As formas de onda são semelhantes, os ângulos de fase são semelhantes, e ângulos semelhantes se somam.
Ficam entre os dois extremos, e essa diferença é toda a discussão. A hipótese conveniente é a soma aritmética: cinco inversores, cinco vezes a corrente harmônica. A hipótese otimista é a raiz da soma dos quadrados: cinco inversores, 2,24 vezes a corrente harmônica. A realidade fica entre as duas e depende de quão semelhantes são os inversores e de seus retificadores estarem ou não defasados.
A indústria quantifica isso com um expoente de soma, frequentemente escrito alfa. Um expoente 1 é a soma aritmética sem cancelamento. Um expoente 2 é a raiz da soma dos quadrados, que é o que se obtém quando os ângulos de fase estão distribuídos aleatoriamente. Um artigo da IEEE de 2013, de Cuk, Cobben, Ribeiro e Kling, mediu inversores de motores de indução em paralelo em duas instalações durante uma semana com resolução de um segundo, cobrindo front ends de 6 e de 12 pulsos, e derivou coeficientes para soma simplificada exatamente porque nenhum dos extremos está correto.
O que importa na prática é a distorção total de demanda no barramento, e não a distorção harmônica total de um inversor. São números diferentes e os compradores os confundem o tempo todo. Aqui está o que as duas regras de soma produzem para um grupo de inversores idênticos.
| Inversores no barramento | TDD se aritmética, sem reator (THDi 100 por cento) | TDD se raiz da soma dos quadrados, sem reator | TDD se aritmética, reator de 5 por cento (THDi 40 por cento) | TDD se raiz da soma dos quadrados, reator de 5 por cento |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 100 por cento | 100 por cento | 40 por cento | 40 por cento |
| 2 | 100 por cento | 71 por cento | 40 por cento | 28 por cento |
| 3 | 100 por cento | 58 por cento | 40 por cento | 23 por cento |
| 5 | 100 por cento | 45 por cento | 40 por cento | 18 por cento |
| 7 | 100 por cento | 38 por cento | 40 por cento | 15 por cento |
| Limite IEEE 519-2022, Isc/IL 20 a 50 | 8 por cento | 8 por cento | 8 por cento | 8 por cento |
Cálculo nosso, usando as faixas de THDi por inversor publicadas pela ABB para inversores de climatização e as regras de soma padrão. A tabela diz algo incômodo. Mesmo que todos os inversores tenham um reator de 5 por cento e os ângulos de fase se distribuam perfeitamente, uma biviga com cinco inversores fica em 18 por cento de TDD contra um limite de 8 por cento. Acrescentar reatores ajuda enormemente o inversor individual e ainda deixa o barramento fora de conformidade.
Isso não é motivo para dispensar o reator. É motivo para parar de acreditar que o reator é a resposta completa. Em um inversor isolado a mesma tabela mostra 40 por cento caindo para 18 por cento, e é por isso que o reator vale os seus duzentos dólares. Em uma máquina com cinco inversores o mesmo reator leva você de 100 para 18, que é outro tipo de número, mas ainda muito longe de 8.
A defasagem é a solução harmônica real mais barata para um grupo de inversores, e quase nunca é especificada em uma ponte rolante. A ideia é simples: dois retificadores de 6 pulsos alimentados por enrolamentos com 30 graus elétricos de diferença produzem quinta e sétima harmônicas que estão 180 graus defasadas, de modo que se cancelam no barramento comum em vez de se somar. Um retificador de 6 pulsos mais outro de 6 pulsos defasado se comporta como um retificador de 12 pulsos no ponto onde eles se encontram.
Os valores publicados de distorção de corrente para os front ends disponíveis, da ABB e dos dados de harmônicas da Siemens para inversores em plena carga, explicam por que isso importa.
| Front end | THDi típica em plena carga | O que faz com um barramento de cinco inversores | Uso realista em ponte rolante |
|---|---|---|---|
| 6 pulsos, sem reator | 90 a 120 por cento | o pior caso domina | muito comum em painéis de baixo custo |
| 6 pulsos, reator de 2 a 3 por cento | 43 a 44 por cento | ajuda, mas ainda acima de 8 | retrofit comum |
| 6 pulsos, reator de 5 por cento | 34 a 45 por cento | 15 a 18 por cento se os ângulos se dispersarem | padrão em climatização, pouco comum em pontes |
| 12 pulsos | 8,8 por cento | perto do limite, exige transformador de duplo enrolamento | raro em pontes, comum em siderúrgicas |
| 18 pulsos | 3,9 por cento | abaixo do limite | ocasionalmente, para talhas grandes |
| Front end ativo, dois quadrantes | 1,3 a 5 por cento | abaixo do limite, fator de potência unitário | cada vez mais especificado para talhas de regime intenso |
| Front end ativo, quatro quadrantes | 1,2 por cento, mais regeneração | abaixo do limite e recupera energia de frenagem | premium, justificado acima de cerca de 50 toneladas |
Uma demonstração publicada vale mais do que a tabela. Dois inversores de 6 pulsos idênticos em um barramento compartilhado, com um transformador defasador: a quinta harmônica vai de 10,9 A por inversor para cerca de 21,8 A combinados sem defasagem e para perto de zero com ela. O transformador não filtrou nada. Ele transformou duas formas de onda em fase em duas formas de onda em oposição de fase.
Em uma biviga isso é realmente prático, porque as duas talhas são inversores separados que não precisam ser idênticos. Uma máquina de 20 toneladas com talha principal de 16 kW e auxiliar de 2,6 kW pode colocar a auxiliar em uma alimentação defasada, ou simplesmente em um transformador pequeno separado com grupo de ligação diferente. Isso cancela a quinta e a sétima entre as duas maiores fontes pelo preço de um enrolamento em vez de um front end ativo.
O que isso não faz é cancelar os quatro motores de translação, que são idênticos, alimentados por um par de inversores em mestre/escravo e, portanto, perfeitamente em fase entre si. Inversores idênticos alimentados por um único inversor não são quatro fontes harmônicas. São uma fonte com quatro cargas, e é por isso que a translação costuma ser o menor dos problemas e as duas talhas costumam ser o maior.
Não, e é aqui que a maioria dos compradores inverte o diagnóstico. A máquina de 50 toneladas descrita antes tem 44,4 kW de equipamento elétrico e nenhum inversor em lugar algum. O içamento é de duas velocidades com comutação de polos a 4 e 0,67 m/min. A translação é de duas velocidades com comutação de polos a 40 e 10 m/min. O carro é 20 e 5 m/min. Todos os movimentos são comandados por contator.
Essa máquina não produz corrente harmônica significativa, porque um motor de indução com comutação de polos é uma carga linear. Ela produz outra coisa: uma corrente de partida de seis a oito vezes a corrente de plena carga, mantida até o motor atingir a rotação de aceleração, com um pico no primeiro ciclo que pode chegar a dez ou doze vezes, segundo a documentação de inversores da ABB. Em uma máquina de 44 kW isso é um evento de 500 a 800 A a cada partida, e ele ocorre algumas centenas de vezes por hora em regime M6.
Os dois projetos, portanto, exigem mitigações opostas.
| Sintoma | Ponte com comutação de polos | Ponte com VFD | A resposta errada |
|---|---|---|---|
| Luzes piscam a cada içamento | sim, corrente de partida | menos, a não ser que o barramento CC esteja no limite | comprar um transformador maior |
| Gerador desarma na partida | muito provável | possível se estiver subdimensionado | instalar um filtro de harmônicas |
| Corrente de neutro ou terra aquecida | não | sim, harmônicas triplas | trocar o cabo |
| Banco de capacitores queima fusíveis | pouco provável | ressonância harmônica clássica | instalar um capacitor maior |
| Corrosão dos contatos do contator | alta, pela corrente de partida | menor | mudar a marca do contator |
| Mitigação correta | soft starter ou instalação de VFD | reator, depois AFE ou 12 pulsos | as duas existem, não são intercambiáveis |
Valores de projeto nossos, com base nas relações de corrente de partida publicadas pela ABB e nas velocidades de movimento da ficha técnica publicada da máquina de 50 toneladas. A conclusão é que a primeira pergunta em qualquer problema elétrico de biviga não é qual é a distorção. É se existe inversor. Já vi um filtro de harmônicas ser cotado para uma ponte com comutação por contator, o que é uma forma educada de vender a alguém um transformador de que ele não precisa.
Porque o barramento é um resistor com indutância, e a ponte capta corrente no ponto em que a ponte se encontra ao longo dele. Uma ponte estacionada junto à alimentação quase não vê queda. A mesma ponte na extremidade oposta vê todo o comprimento do condutor, e em um vão longo os números deixam de ser acadêmicos.
Valores publicados de impedância para sistemas de condutores blindados usados em vias de ponte rolante, a 35 graus C, por metro.
| Condutor | Capacidade | Impedância, ohm por metro | Resistência CC, ohm por metro |
|---|---|---|---|
| Alumínio, face de contato em aço inoxidável | 500 A | 0,000158 | 0,000098 |
| Alumínio | 800 A | 0,000145 | 0,000075 |
| Alumínio | 1000 A | 0,000138 | 0,000052 |
| Cobre | 500 A | 0,000162 | 0,000105 |
| Cobre | 800 A | 0,000138 | 0,000058 |
| Cobre | 1000 A | 0,000128 | 0,000035 |
Os exemplos práticos do próprio fabricante na mesma tabela são a parte útil, porque mostram o que acontece quando um vão é compartilhado. Duas pontes puxando 900 A no total em um barramento de alumínio de 1000 A, vão de 245 m, alimentado na extremidade: 52,6 V de queda. O mesmo vão em cobre: 48,8 V. Uma ponte puxando 1000 A em uma barra de alumínio de 1000 A com 250 m: 59,7 V. Em um sistema de 400 V isso é 13,2 por cento e 14,9 por cento.
Isso está muito fora de qualquer limite razoável, e não é causado pela ponte. É causado por alimentar um vão longo a partir de uma das extremidades, próximo da capacidade nominal da barra. O que o exemplo realmente demonstra é que uma via compartilhada é um problema de projeto elétrico antes de ser um problema de ponte, e que a posição da alimentação importa mais do que o material do condutor.
A IEC 60364-5-52 Anexo G é informativa e não obrigatória, mas é o número contra o qual todo mundo projeta: até 3 por cento para circuitos de iluminação e até 5 por cento para os demais circuitos terminais, medidos a partir do ponto de fornecimento. O mesmo anexo diz explicitamente que a queda durante a partida de motores deve ser verificada separadamente, porque atender ao limite de regime permanente não garante uma queda tolerável durante a partida.
Então a pergunta, para uma biviga, é quanto desses 5 por cento o barramento consome. Nosso cálculo abaixo usa as impedâncias publicadas acima, alimentação na extremidade, 400 V, e as correntes das pontes da primeira tabela.
| Ponte | Corrente | Comprimento da via | Barramento | Queda de tensão | Parcela de 400 V |
|---|---|---|---|---|---|
| 20 t | 45,5 A | 150 m | 1000 A Al | 1,63 V | 0,41 por cento |
| 20 t | 45,5 A | 300 m | 1000 A Al | 3,26 V | 0,82 por cento |
| 50 t | 83,8 A | 200 m | 1000 A Al | 4,01 V | 1,00 por cento |
| 50 t | 83,8 A | 400 m | 1000 A Al | 8,01 V | 2,00 por cento |
| 100 t | 170 A | 300 m | 1000 A Al | 12,2 V | 3,05 por cento |
| 100 t | 170 A | 400 m | 500 A Al | 18,6 V | 4,65 por cento |
| 2 x 50 t juntas | 167,6 A | 400 m | 1000 A Al | 16,0 V | 4,01 por cento |
| Exemplo publicado, 2 pontes | 900 A | 245 m | 1000 A Al | 52,6 V | 13,2 por cento |
Cálculo nosso a partir da impedância publicada por metro, usando a relação trifásica padrão com comprimento de condutor igual à metade do vão para alimentação central e ao vão completo para alimentação na extremidade. Todas as linhas são alimentadas na extremidade, para que a comparação seja equivalente.
Os resultados são tranquilizadores para a ponte e incômodos para a via. Uma única biviga a 45 a 84 A consome 0,4 a 2 por cento do orçamento, o que é aceitável. Duas delas compartilhando uma barra de 400 m consomem 4 por cento, o que não deixa quase nada para os alimentadores da própria planta. Três pontes a 900 A consomem 13,2 por cento, que é o exemplo publicado e é a razão pela qual um vão compartilhado falha enquanto cada ponte individual parece correta no papel.
Há mais uma coisa que a queda faz e que um medidor não mostra. Ela acontece na conexão móvel, nas sapatas coletoras, e não em uma caixa de terminais. O contato intermitente do coletor em uma barra longa é fonte clássica do que a indústria chama de movimento fraco na extremidade oposta: o contator se mantém, o motor gira, e a carga ainda assim não sobe. Se o seu sintoma aparece só quando a ponte está em uma das extremidades do vão, meça a tensão na ponte, não no painel.
Cozinham o invólucro. As perdas de inversores são publicadas em 40 a 50 W por kVA de capacidade, ou 3 a 5 por cento da potência nominal. Um inversor de talha de 45 kW com fator de potência 0,85 equivale a cerca de 53 kVA, de modo que sua perda em plena carga fica entre 2,1 e 2,7 kW de calor dentro de uma caixa de aço.
Um exemplo prático publicado por um projetista de painéis de ponte torna isso concreto. Um painel de talha principal metalúrgica do tipo QDY acumula cerca de 1,68 kW de perda: 1,5 kW no inversor, 0,07 kW no barramento, 0,04 kW nos contatores, 0,02 kW na fonte de alimentação e 0,05 kW em itens pequenos. O invólucro é de 2.000 por 800 por 600 mm, instalado isolado, o que dá uma área efetiva de troca térmica de 5,712 metros quadrados pela relação da IEC TR 60890. O aço pintado transfere a cerca de 5,5 W por metro quadrado por kelvin. Com 15 K de elevação, a caixa dissipa 471 W.
Assim, 1,68 kW de perda em uma caixa que dissipa naturalmente 471 W se estabiliza em uma elevação de 1.680 dividido pelo produto de 5,5 por 5,712, o que dá 53,5 K. Em uma oficina a 42 C, o interior desse painel opera a cerca de 95 C.
Agora acrescente a segunda talha. Uma biviga acima de 16 toneladas coloca dois grupos de inversores no mesmo invólucro, e a auxiliar não é desprezível porque o painel é compartilhado.
| Ponte | Potência de inversores instalada | Calor a 3,5 por cento | Dissipação natural a 15 K | Elevação estabilizada, sem ventilador | Interior com ambiente a 40 C |
|---|---|---|---|---|---|
| 10 t monoviga | 14,1 kW | 0,49 kW | 471 W | 16 K | 56 C |
| 20 t biviga | 24,1 kW | 0,84 kW | 471 W | 27 K | 67 C |
| 32 t biviga | 33,2 kW | 1,16 kW | 471 W | 37 K | 77 C |
| 50 t biviga | 44,4 kW | 1,55 kW | 471 W | 49 K | 89 C |
| 50 t com um kit de ventilação | 44,4 kW | 1,55 kW | 1.200 W com 250 m3/h de ar filtrado | cerca de 15 K | cerca de 55 C |
Cálculo nosso, usando a taxa de perda publicada, a relação publicada para invólucros e a curva de derating publicada. A última linha usa um conjunto típico de ventilação filtrada de 250 metros cúbicos por hora e é apenas indicativa; a curva do fornecedor do ventilador prevalece.
Por que isso importa especificamente para a distorção. O derating publicado de inversores é de 1,5 por cento da corrente nominal de saída por grau acima de 40 C de ambiente. A 55 C dentro do invólucro, o inversor tem 77,5 por cento de sua capacidade restante, então um inversor de 45 kW se comporta como um de 35 kW. Um inversor operando a 78 por cento da placa em um motor escolhido para plena carga ou desarma por sobrecorrente ou, pior, opera em um ponto distorcido onde a forma de onda da corrente tem mais conteúdo harmônico do que o valor de catálogo contra o qual foi especificado. Refrigeração de painel não é item de conforto em uma biviga. É parte do argumento de conformidade harmônica.
Dois hábitos relacionados, da mesma fonte, valem ser copiados. Coloque o resistor de frenagem fora do invólucro, porque sua superfície passa de 300 C durante um ciclo de regeneração. E nunca monte um painel encostado na parede sem refazer o cálculo térmico, porque um invólucro único montado na parede perde cerca de 11 por cento de sua área efetiva em comparação com um instalado isolado.
Às vezes, e a margem é mais estreita do que a maioria dos compradores supõe. A bobina de um contator tem uma faixa de atração e uma faixa de liberação, e a faixa de liberação é ampla. Uma ficha técnica publicada de contator miniatura indica atração entre 85 e 110 por cento da tensão nominal de bobina e liberação em qualquer ponto entre 20 e 75 por cento. Se a sua unidade específica libera no topo dessa faixa, um afundamento de 25 por cento a desarma.
Em uma biviga isso importa mais do que em uma monoviga porque há mais contatores e mais movimentos para perder. Perder um dos quatro contatores de translação deixa três motores acionando uma extremidade e um motor em roda livre, o que o comando mestre/escravo então tenta corrigir exigindo mais dos outros três. É assim que um trilho sobe.
| Fonte | Valor | O que significa em campo |
|---|---|---|
| Ficha técnica publicada de contator | atração 85 a 110 por cento, liberação 20 a 75 por cento da tensão nominal de bobina | um afundamento de 25 por cento pode liberar uma bobina no pior caso |
| IEC 60034-1, zona A | mais ou menos 5 por cento de tensão, mais ou menos 2 por cento de frequência | o motor está seguro, o contator talvez não |
| IEC 60034-1, zona B | mais ou menos 10 por cento de tensão, mais 3 a menos 5 por cento de frequência | conjugado nominal disponível, porém mais quente, apenas por curto período |
| NEMA MG 1 | mais ou menos 10 por cento de tensão, mais ou menos 5 por cento de frequência, combinados não acima de 10 | o equivalente norte-americano, ligeiramente mais folgado |
| Estudo de ride-through da EPRI | a maioria dos afundamentos dura de 5 a 15 ciclos, 83 a 250 ms | tempo suficiente para uma bobina desarmar e rearmar |
| Prática de dimensionamento de geradores | motores toleram 30 a 35 por cento, projetistas limitam a 20 por cento | os 20 por cento se referem aos contatores, não aos motores |
A correção prática custa quase nada e quase ninguém faz: alimente o circuito de comando com um pequeno transformador de tensão constante ou com uma fonte CC com capacitor, para que a tensão da bobina não acompanhe a do barramento de potência. A outra correção é comandar os movimentos em sequência em vez de simultaneamente, o que o CLP faz de graça.
Depende inteiramente de a ponte definir ou não a sua demanda de pico mensal. Onde define, uma tarifa industrial publicada mostra o dano. Uma tabela tarifária de cooperativa elétrica rural cobra USD 11,56 por kW de demanda de potência contratada mais USD 11,81 por kW de demanda de distribuição, ou seja, cerca de USD 23,37 por kW por mês. A mesma tabela ajusta a demanda faturada para cima quando o fator de potência na demanda máxima fica abaixo de 97 por cento, multiplicando a demanda registrada por 97 dividido pelo fator de potência real. Ela também cobra USD 0,01009 por kVARh excedente quando a média mensal fica abaixo de 95 por cento.
Um inversor de 6 pulsos sem reator tem fator de potência verdadeiro próximo de 0,69, ainda que o fator de deslocamento do inversor seja 0,98, porque o termo de distorção puxa o total para baixo. Aqui está o que isso faz com uma ponte de 24,1 kW.
| Fator de potência | Demanda aparente | Demanda faturada | Penalidade por mês | Penalidade por ano | Causa provável |
|---|---|---|---|---|---|
| 0,98 | 24,6 kVA | 24,1 kW | nenhuma | nenhuma | front end ativo |
| 0,93 | 25,9 kVA | 25,1 kW | USD 23 | USD 281 | reator de 5 por cento |
| 0,85 | 28,4 kVA | 27,5 kW | USD 79 | USD 953 | reator de 2 a 3 por cento |
| 0,69 | 34,9 kVA | 33,9 kW | USD 229 | USD 2.748 | 6 pulsos, sem reator |
| 0,69, duas pontes com pico simultâneo | 69,8 kVA | 67,8 kW | USD 458 | USD 5.496 | o mesmo, dobrado |
Cálculo nosso aplicado à tarifa publicada e aos 24,1 kW da ponte, a USD 23,37 por kW por mês. Duas ressalvas honestas. Isso só pesa onde a ponte coincide com o pico de faturamento, o que é típico em uma fundição ou em um pátio de pré-moldados e atípico em um armazém onde a ponte opera ocasionalmente. E pressupõe que a concessionária aplique a letra daquela tarifa específica, o que varia por região.
Onde pesa, um reator que custa algumas centenas de dólares retorna quatro dígitos por ano. Esse é todo o argumento comercial para especificar reatores em uma biviga, e não tem nada a ver com ser um bom cidadão.
Pontes rolantes pesadas operam até quatro motores de translação em sincronismo, com a sincronização garantida por um inversor da ponte em modo mestre/escravo. Dados publicados de inversores para regime de ponte indicam motores de translação a 1,8 vez o conjugado nominal na partida, regime S4 com fator de duração de ciclo de 40 por cento, até 360 partidas por hora e isolação conforme NEMA MG 1 Parte 31 para compatibilidade com inversores.
Dois modos de falha elétrica pertencem a esse arranjo e a nada mais na ponte. O primeiro é a assimetria de conjugado: se um escravo atrasa, o mestre aumenta o conjugado nos quatro, a viga de cabeceira adiantada patina ou sobe no trilho, e a ponte enviesa na via. O segundo é a corrente circulante entre motores ligados ao mesmo barramento CC quando os comprimentos de cabo diferem significativamente, o que aparece como aquecimento desigual nos motores que uma câmera térmica encontra muito antes de um código de falha.
Nenhum dos dois é problema de harmônicas, e ambos são frequentemente atribuídos a harmônicas porque o sintoma é um desarme. Se os seus desarmes acontecem durante a translação e nunca durante o içamento, você está diante de um problema de coordenação de inversores, não de qualidade de energia.
Quase inteiramente. Limites de projeto publicados para talhas, referenciados cruzadamente entre as classificações ISO, FEM, CMAA e AS, impõem um teto rígido de horas de operação e de partidas por hora para cada classe.
| Classe | ISO / AS | FEM | CMAA | Horas de operação por dia | Partidas por hora |
|---|---|---|---|---|---|
| 4 | M4 | 1Am | B | 2 | 180 |
| 5 | M5 | 2m | C | 4 | 240 |
| 6 | M6 | 3m | D | 8 | 300 |
| 7 | M7 | 4m | E | 16 | 360 |
| 8 | M8 | 5m | F | 16 e mais | 360 |
Uma máquina em M5 acumula aproximadamente 8 milhões de partidas ao longo da vida útil a quatro horas por dia. Uma máquina em M7 acumula cerca de quatro vezes isso, porque o teto da classe é quatro vezes maior. As harmônicas por partida não mudam. Muda o número de partidas em que harmônicas e corrente de partida coincidem com tudo o mais na planta.
É aqui que uma faixa de 5 a 100 toneladas se divide, e se divide em um ponto incômodo. Os limites de emissão harmônica para equipamentos ligados a sistemas públicos de baixa tensão entre 16 e 75 A por fase são definidos pela IEC 61000-3-12. Uma biviga de 20 toneladas a 45,5 A está dentro dessa janela. Uma de 50 toneladas a 83,8 A está fora, e a mesma família de produtos passa então a ser julgada contra o limite de distorção da própria concessionária, e não contra a norma de equipamento.
| Documento | Escopo | Onde uma biviga se encaixa |
|---|---|---|
| IEC 61000-3-2 | corrente de entrada até 16 A por fase | apenas as máquinas menores; uma de 5 t a 16,6 A já está fora |
| IEC 61000-3-12 | 16 a 75 A por fase, até 690 V, 50 ou 60 Hz, baixa tensão pública | 5 a 32 t ficam dentro; 40 t e 50 t ficam fora |
| IEEE 519-2022 | distorção de corrente e de tensão no ponto de acoplamento comum, limites escalonados pela relação de curto-circuito | o limite aplicável na maioria dos contratos de exportação, TDD de 5 a 20 por cento dependendo da relação |
| IEC 60204-32:2023 | equipamento elétrico de máquinas de içamento a partir do interruptor de alimentação da ponte, incluindo barras condutoras e cabos festoon fora da máquina, até 1000 V CA | cobre a alimentação da via, que é a parte mais frequentemente deixada fora do contrato da ponte |
| IEC 60364-5-52 Anexo G | queda de tensão recomendada, 3 por cento em iluminação, 5 por cento nos demais circuitos terminais, queda de partida verificada em separado | o orçamento que a via consome |
| IEC 61800-5-1 | segurança elétrica de sistemas de acionamento de potência, incluindo proteção contra corrente de fuga à terra | inversores podem produzir corrente residual CC suave, de modo que um dispositivo Tipo B ou B+ é necessário |
A tabela de tensão da IEEE 519-2022 vale ser levada no bolso, porque é a que os compradores citam sem o qualificador. No ponto de acoplamento comum abaixo de 1 kV, o limite é 5,0 por cento para qualquer harmônica individual e 8,0 por cento no total. De 1 a 69 kV ele aperta para 3,0 e 5,0. A tabela de corrente que todo mundo esquece escala com a relação de curto-circuito: 4,0 por cento para a quinta harmônica e 5,0 por cento de TDD quando a relação é inferior a 20, subindo para 15,0 e 20,0 quando ela é superior a 1.000. Uma ponte em uma planta com alimentação robusta tem mais folga do que a mesma ponte no fim de um alimentador rural longo, e o equipamento é idêntico.
Sobre corrente de fuga à terra, o ponto específico de pontes é que um dispositivo Tipo AC ou Tipo A pode ser cegado pela componente CC suave que um inversor produz sob falta. A literatura publicada sobre dispositivos para instalações de ponte recomenda Tipo B ou Tipo B+ com imunização contra disparos intempestivos em cabos longos, e observa que um filtro EMC integrado só é declarado eficaz em cerca de 5 a 10 m de cabo de motor blindado. Em uma biviga com painel em uma extremidade e talha na outra, essa distância é rotineiramente ultrapassada, que é exatamente a situação para a qual existem os dispositivos imunizados.
Dez linhas, todas respondíveis em uma página por qualquer fornecedor competente. Prefiro isso a um certificado de conformidade sem números por trás.
1. Número de motores comandados separadamente e, para cada um, se o front end é de 6 pulsos, de 12 pulsos ou ativo. 2. Reator ou filtro instalado, impedância percentual, lado CA ou link CC. 3. Material do barramento, capacidade de corrente, número e posição dos pontos de alimentação, e a queda calculada na corrente da ponte ao longo do comprimento real do vão. 4. Quantas pontes compartilham a barra e qual simultaneidade o projeto assume. 5. Carga térmica do painel em kW, método de refrigeração e temperatura ambiente no local do painel no verão. 6. Tensão de bobina e tolerância de manutenção, e se o circuito de comando tem transformador próprio. 7. Isolação dos motores conforme NEMA MG 1 Parte 31 se houver inversores. 8. Tipo e ajuste do dispositivo de corrente de fuga à terra, e se ele é imune a corrente residual multifrequência. 9. Classe de regime conforme ISO 4301, FEM ou CMAA, com partidas por hora. 10. A qual limite harmônico o fornecedor está projetando, e em qual ponto de medição.
Se você receber uma proposta que diz apenas que a ponte tem marcação CE, nenhuma dessas dez foi respondida. Isso não é uma crítica à marcação CE. É uma observação de que a marcação CE não diz nada sobre a décima ponte do seu vão.
Para máquinas já em operação, a ordem de trabalho abaixo é o que eu realmente faria, ordenada por retorno e não por elegância.
| Ação | Custo | O que resolve | Retorno |
|---|---|---|---|
| Retirar o painel da zona quente e instalar kit de ventilação | USD 400 a 1.500 | 20 a 25 K de elevação interna, restaura a capacidade plena do inversor | menos de 1 ano onde os desarmes são frequentes |
| Alimentar o circuito de comando por fonte de tensão constante | USD 200 a 600 | desarme de contator nos afundamentos | imediato |
| Reator de 5 por cento em cada inversor que não tenha | USD 200 a 600 por inversor | THDi de cerca de 100 para cerca de 40 por cento, fator de potência de 0,69 para 0,93 | 6 a 18 meses nas tarifas de demanda |
| Segundo ponto de alimentação no meio do vão da via | USD 1.500 a 5.000 | reduz pela metade a queda em um vão longo | a única cura real para movimento fraco na extremidade oposta |
| Alimentação defasada para a talha auxiliar | USD 2.000 a 6.000 | cancela a 5ª e a 7ª entre os dois maiores inversores | 2 a 6 anos, dependendo do limite |
| Front end ativo na talha principal | USD 3.000 a 9.000 de prêmio | THDi abaixo de 5 por cento, fator de potência unitário, regeneração | 3 a 8 anos, mais rápido em regime intenso |
| Filtro de harmônicas no barramento da planta em vez da ponte | USD 4.000 a 12.000 | o problema compartilhado, se várias pontes contribuem | depende inteiramente do que mais está no barramento |
| Instalar filtro de harmônicas em uma ponte com comutação por contator | USD 3.000 a 8.000 | nada, porque não há retificadores | nunca. Instale uma soft starter |
Os custos são valores de projeto nossos para 2026, fornecimento europeu e do Oriente Médio. A última linha está na tabela de propósito. É o erro que vejo com mais frequência, e é o que é aprovado porque a palavra filtro soa como engenharia.
Sim, mas não pelo motivo que as pessoas supõem. Os dois inversores das talhas somam suas correntes harmônicas no barramento antes de a corrente chegar ao seu transformador, e inversores semelhantes com ângulos de fase semelhantes se somam quase aritmeticamente. Uma demonstração laboratorial publicada mediu a quinta harmônica de um inversor em 10,9 A e aproximadamente o dobro com um segundo inversor em operação. A auxiliar é a mais problemática das duas porque é pequena e opera em um ponto de operação ruim. Nossa linha de ponte rolante biviga lista as duas talhas separadamente exatamente por isso.
Não, e esta é a parte que surpreende os compradores. Um reator leva um inversor individual de cerca de 100 por cento de THDi de corrente para cerca de 40 por cento, o que é uma melhoria grande e que vale o investimento. Em um barramento com cinco inversores, a distorção total de demanda resultante ainda fica em torno de 15 a 18 por cento mesmo que os ângulos de fase se distribuam perfeitamente, contra um limite de 8 por cento da IEEE 519. O reator é necessário e não é suficiente. A defasagem ou um front end ativo é o que fecha o restante da diferença.
Porque o barramento é o circuito, e a ponte capta corrente no ponto em que ela chegou. Uma tabela publicada de condutores indica 0,000138 ohm por metro para uma barra de alumínio de 1000 A, o que coloca um vão de 245 m compartilhado por pontes que puxam 900 A em 52,6 V de queda, ou 13,2 por cento de 400 V. Uma única biviga a 45 a 84 A consome apenas 0,4 a 2 por cento, então o sintoma que você vê é quase sempre um vão compartilhado. Acrescente um ponto de alimentação no meio do vão antes de trocar qualquer coisa.
Sim, e muitas não têm. Uma biviga publicada de 50 toneladas e 13,5 m lista 44,4 kW de equipamento elétrico com motores de duas velocidades e polos comutáveis no içamento, no carro e na translação, e nenhum inversor em lugar algum. Essa máquina praticamente não produz corrente harmônica, porque um motor de indução com comutação de polos é uma carga linear. Ela produz, em vez disso, uma corrente de partida de seis a oito vezes a plena carga, e a mitigação correta é uma soft starter, não um filtro. Pergunte qual projeto você está comprando antes de aceitar uma solução para harmônicas.
Porque dois grupos de inversores compartilham um único invólucro e as perdas dos inversores ficam entre 3 e 5 por cento da potência nominal. Um exemplo prático publicado coloca um painel de talha de 45 kW com 1,68 kW de perda interna em uma caixa que dissipa 471 W naturalmente com 15 K de elevação, o que se estabiliza em 53,5 K de elevação e cerca de 95 C internos em uma oficina a 42 C. Os inversores reduzem 1,5 por cento da corrente de saída por grau acima de 40 C, então um inversor de 45 kW se comporta como um de 35 kW. Instale o kit de ventilação e coloque o resistor de frenagem fora do armário.
Refrigeração do painel, depois a tensão do circuito de comando, depois os reatores, nessa ordem. O quarto item que se paga é um segundo ponto de alimentação na via, mas apenas se o sintoma for movimento fraco na extremidade oposta e não distorção. Se a sua planta aplica ajuste de fator de potência, algumas centenas de dólares em reator em uma ponte de 24,1 kW economizam cerca de USD 2.700 por ano com fator de potência verdadeiro de 0,69, com base em uma tarifa publicada que cobra cerca de USD 23,37 por kW de demanda.
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