inversores de frequencia

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7.2.2.1 Etapa de entrada ou Retificador

Composta por pontes trifásicas (ou em alguns casos monofásicas) de diodos, que fazem o papel de retificação da tensão e freqüência alternada da rede com valor fixo (p.ex. 220 V, 60 Hz), transformando-a em Corrente Continua.

Automação Industrial

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7.2.2.2 Etapa intermediária ou Filtro

Esta etapa é composta por capacitores eletrolíticos que tem como função principal de diminuir as ondulações na tensão que foi retificada pela etapa de entrada (retificadora) e de garantir o fornecimento de tensão C a etapa seguinte (inversor). Além desta função, estes componentes também têm como objetivo a troca de potência reativa com o motor, ou seja, nos momentos em que o motor opera como “motor” ou como “gerador”, são os capacitores que fazem estas trocas de energia com o conversor.

Circuito de Potência Simplificado

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7.2.2.3 Etapa de saída ou Inversor

Nesta etapa a tensão contínua do barramento (tensão C) é transformada em corrente alternada de freqüência variável. A partir de um nível de tensão continuo (barramento C), os semicondutores que compõe o inversor, através de técnicas digitais (PMW - modulação por largura de pulso) conseguem chavear este sinal e através do controle do tempo de "ligamento e desligamento" dos semicondutores, fazer o valor médio deste variar, conseguindo assim, sintetizar (fabricar) a onda senoidal que será aplicada ao motor.

Todo este processo é supervisionado e gerenciado por microcontroladores que juntamente com memórias conseguem fazer com que o processo se desenvolva dentro das características desejadas

Funcionamento do Inversor

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Modulação PWM

7.2.3. Curvas Características:

Com a utilização do conversor de freqüência as curvas características de torque, potência e corrente, do motor se alteram. Isto porque passamos a controlar a freqüência e a tensão aplicada no motor de indução.

Como o torque precisa ser mantido adequado e este só se mantém praticamente constante se o fluxo permanecer também constante, teremos que variar então a tensão (V) juntamente com freqüência (f). Assim mantém-se o fluxo constante, consequentemente o torque (C) será constante e por sua vez teremos a desejada variação de velocidade com torque constante dentro de certos limites.

A variação V/f e feita linearmente até a freqüência nominal do motor (p.ex. 60

Hz), acima desta a tensão que já é a nominal permanece constante e há então apenas a variação da freqüência que é aplicada ao enrolamento do estator.

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Com isto determinamos uma área acima da freqüência nominal que chamamos “região de enfraquecimento de campo” ou seja, uma região onde o fluxo começa a decrescer e portanto, o torque também começa a diminuir. Assim a curva característica Torque x Rotação do motor acionado com conversor de freqüência pode ser colocada da seguinte maneira:

Pode-se notar então que o torque permanece constante até a freqüência nominal e acima desta começa a decrescer (conforme explicado anteriormente: “região de enfraquecimento de campo”).

A potência de saída do conversor de freqüência segue a variação V/f, ou seja, cresce linearmente até a freqüência nominal e permanece constante acima desta.

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Assim como precisamos saber como se comportam as características de torque e de potência ao longo das rotações do motor, quando este é acionado com conversor de freqüência, precisamos também estudar os tipos de torque resistentes e potências consumidas nas mais diversas aplicações pelas respectivas cargas. Cada maquina tem uma característica especifica de torque e potência.

Como o motor de indução é uma máquina assíncrona auto-ventilada, com a redução de rotação, a ventilação já não é mais a mesma do que seria se estivesse nas suas condições nominais. Ensaios em laboratórios nos mostram que de 30 a 60Hz, ou seja de 50 a 100% da rotação nominal do motor a refrigeração ainda é eficiente (o motor suporta a pequena elevação de temperatura). Abaixo de 30Hz deve-se então ser feita uma analise do tipo de carga acionada para que se possa tirar conclusões a respeito do aquecimento do motor.

Em uma carga cujo conjugado resistivo seja CONSTANTE, a redução de rotação não influenciará no conjugado requerido no motor e nos níveis de correntes de trabalho deste. Portanto o aquecimento em baixas rotações será inevitável com motor de indução normal (ex. esteira transportadora). Por outro lado, se a carga tiver características quadráticas de conjugado, em baixas rotações a exigência da carga também será baixa e as correntes do motor diminuirão também. Consequentemente o motor não aquecerá mesmo com ventilação reduzida (ex. bomba centrifuga, ventiladores).

Lembramos ainda as limitações dos conversores usuais no que diz respeito a limites máximos de torque e corrente. Ao invés de obtermos com o motor em

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UFSM – CTISM – Prof. Rodrigo Cardozo Fuentes partida direta cerca de 2 a 3 vezes o torque nominal e de 5 a 8 vezes a corrente nominal, quando utilizamos conversores de freqüência, a corrente máxima no motor gira em torno de 1,5 vezes a corrente nominal (durante 60 segundos) e o conjugado máximo por sua vez também e limitado em 1,5 vezes o conjugado nominal (durante 60 s). Estas são características que como outras do conversor de freqüência (rampas de aceleração, limites de sobrecarga, etc), juntamente com características da carga (momento de inércia, tempos de aceleração, tempos de frenagem, etc) fazem do conversor de freqüência um equipamento que exige uma melhor analise da sua utilização para que seja totalmente adaptado as aplicações onde há a necessidade da variação de velocidade.

7.2.4. Instalação:

7.2.4.1 Cuidados na instalação: a O conversor de freqüência é um equipamento eletrônico, portanto deve-se tomar cuidado às condições de instalação.

a Verifique se a tensão de entrada está dentro de ± 10% do valor nominal. Se a tensão de entrada exceder a faixa permissível ativará o circuito de proteção, ou pior, poderá danificar o conversor; a Evite instalar o equipamento em locais de altos níveis de temperatura, umidade, partículas de pó metálico, etc...; a Instale o conversor numa área livre de óleos, gases corrosivos e afins; a Não instale em locais com elevado nível de vibração; a O conversor é uma fonte geradora de calor, logo, quando instalar num painel tenha certeza que haja ventilação e espaço no painel; a Sempre aterre a unidade para prevenir eletro-condução e mau funcionamento devido a ruídos. (classe 200V chassis/terra - resistência máxima de 100 Ohms) a Não instalar capacitores para a correção do fator de potência junto ao motor. a Instale o conversor num painel de material não combustível, tal como chapa de metal. Para manter a ventilação, assegure-se de um espaço adequado e instale-o na posição vertical, no sentido do comprimento. Quando instalar inversores em fila, deixe um espaço de 100mm entre cada unidade, este

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UFSM – CTISM – Prof. Rodrigo Cardozo Fuentes espaço pode ser diminuído de acordo com as condições do ambiente ou com ventiladores adicionais. a O inversor poderá funcionar fora das especificações quando os seguintes equipamentos são instalados próximos dele:

- Contactor magnético - instale com supressor na bobina de excitação; - Lâmpadas fluorescentes;

- Resistores - devem ser instalados distantes do conversor.

7.2.4.2 Ligação padrão para rede trifásica:

Circuito de Instalação do Inversor de freqüência

Inversor Motor

8 Reator

EntradasDigitaisEntradas Analógicas

Disjuntor ou Contator

Fusíveis

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7.2.5. Modo de Monitoração:

Esta função monitora cada estado (freqüência de ajuste, tensão de saída , corrente, estado das entradas/saídas digitais, etc.) Este modo é ativado quando a tecla “MON” é pressionada no modo operação. Com a utilização das setas podemse alternar vários parâmetros. Para deixar este modo pressione novamente a tecla “MON”.

7.3. Conclusão

As técnicas apresentadas neste capítulo foram desenvolvidas nas últimas décadas graças ao desenvolvimento da eletrônica de potência e da microeletrônica. Estas técnicas proporcionaram um incremento significativo ao motor de indução. Foram adicionadas características de controle em regime e partida que aliadas as características de eficiência, baixo custo, baixa manutenção e boa relação potência x volume x peso, do motor de indução, tornaram a utilização destes equipamentos muito populares na indústria.

Para Saber Mais:

w.weg.com.br w.siemens.com.br w.sew.com.br

Leia o Artigo: Inversores de Freqüência, de Alexandre Capelli, Revista Mecatrônica Atual N.2 de fevereiro de 2002.

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