Conversores de Frequencia - SENAI MG

Conversores de Frequencia - SENAI MG

(Parte 1 de 8)

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1 O motor assíncrono4
1.1 Princípio de funcionamento4
1.2Motor com rotor em gaiola de esquilo5
1.3Motor com rotor bobinado (motor de anéis)5
1.4 Circuito equivalente do motor assíncrono5
2 Equações da máquina assíncrona6
2.1 Força eletromotriz e corrente induzida6
2.2 Conjugado eletromagnético7
3 Característica conjugado × velocidade7
4 Característica corrente × velocidade8
5Regiões de operação de uma máquina assíncrona8
6Regulação da velocidade do motor assíncrono por variação de freqüência9
7 Conversores estáticos de freqüência10
8Conversores de freqüência com modulação por largura de pulsos10
9 Constituição básica do controlador eletrônico1
9.1 Microcontrolador1
9.2Memórias (EPROM . EEPROM . RAM)12
9.3Entrada e saída de dados no conversor de freqüência12
10 Funcionamento do conversor de freqüência13
1 Modulação Por largura de pulsos senoidal14
12 Controle escalar15
13 Controle vetorial16
13.1Vantagens do conversor com controle vetorial:16
14Características e funções básicas dos conversores de freqüência16
14.1 Parâmetros comuns16
14.1.1 Seleção da referência de freqüência16
14.1.2 Freqüência mínima17
14.1.3 Freqüência máxima17
14.1.4 Tempo de aceleração17
14.1.5 Tempo de desaceleração17
14.1.6 Corrente limite para sobrecarga17
14.1.7 Característica V / F17
14.1.8Reforço ( boost ) da tensão de partida17
14.1.9 Compensação do escorregamento17
14.1.10 Freqüência de chaveamento17
14.1.1 Rejeição de freqüências criticas18
14.1.12 Rampa "S"18
15Algumas funções especiais dos conversores de freqüência19
15.1 Ciclo automático19
15.2 Multi-speed19
15.3Partida com o motor girando ( flying start )19
15.4 Frenagem reostática19
15.5 Frenagem por corrente contínua20
16Regulador PID superposto tipo proporcional, integral e derivativo21
16.1 Introdução21
16.2 Circuitos de regulação21
16.2.1Sistema de Controle em Malha Fechada21
16.3Realimentação de velocidade por tacogerador de pulsos2
17 Observações e considerações importantes2
18 Aplicação de conversores de freqüência24
18.1 Introdução24
19 Tipos de conjugados resistentes24

Conversores de freqüência 19.1 Conjugado constante (x = 0) ......................................................................... 24

19.2 Conjugado linear (x=1)25
Conjugado quadrático (x=2)25
19.4 Conjugado hiperbólico (x=1)26
19.5 Conjugados não definidos26
20 Critérios de aplicação27
20.1 Operação abaixo da rotação nominal27
20.2 Motores autoventilados28
20.3 Motores com ventilação independente29
20.4 Operação acima da rotação nominal29
20.5Operação em ambientes com temperatura elevada (T > 40 °C)30
Operação em regiões de altitude elevada (ALT. > 1000 m)30
20.7 Considerações sobre acionamentos multimotores31
20.7.1 Sistema de acionamento monoconversor31
20.7.2 Sistema de acionamento multiconversores32
20.8Considerações sobre acionamento de motor monofásico32
21 Efeito dos harmônicos na rede3
21.1Fator de potência e fator de deslocamento3
Utilização de reatância de rede34
21.3 Utilização de filtro de rádio freqüência35
21.4 Correção do fator de potência36
harmônicos36
21.4.2 Efeitos dos harmônicos sobre capacitores36
21.4.3 Sobretensões decorrentes de harmônicos36
21.4.4Solução para o problema de ressonância37
2 Aplicações típicas37
2.1 Considerações gerais37
2.2 Bombas37
2.2.1 Bombas dinâmicas ou turbobombas37
2.2.2Bombas de deslocamento positivo ou volumétricas38
2.3 Ventiladores38
2.4Sistemas de refrigeração e ar condicionado38
2.5Torno de superfície / laminador desfolhador38
2.6 Sistemas de transporte39
2.7 Extrusoras40
2.8 Trefilas40
2.9 Misturadores40
2.10 Sistemas de elevação40
2.1 Bobinadores e desbobinadores41
2.12 Fresadoras41
2.13 Sistemas de dosagem42
2.14 Centrífugas42

3 21.4.1Cuidados para a Instalação de bancos de capacitores na presença de 2.15 Moinhos a tambor ......................................................................................... 42

1 O motor assíncrono

1.1 Princípio de funcionamento

Os motores assíncronos ou de indução , por serem os mais robustos e mais baratos, são os motores mais amplamente empregados na indústria. A ausência do comutador é grande vantagem dos motores assíncronos sobre os motores de corrente contínua.

Na máquina assíncrona, existe um conjunto de bobinas no estator alimentadas por uma rede trifásica e que produzem um campo magnético girante. Imerso neste campo está o rotor, que é constituído por enrolamento em curto circuito. O movimento de rotação do fluxo produz uma tensão nos condutores do rotor. Como o enrolamento está fechado, haverá portanto , circulação de corrente. Devido à indutância natural do enrolamento, essa corrente está atrasada com relação à tensão. A interação da corrente de rotor e do fluxo de estator , resulta em um conjugado desenvolvido no rotor , na mesma direção do campo girante.

A velocidade do campo é conhecida como velocidade síncrona (nS) , dada por:

O rotor sempre irá girar com uma rotação abaixo da rotação do campo girante (velocidade síncrona) e, portanto, haverá corrente e conjugado induzidos. A diferença relativa entre as velocidades do rotor e do fluxo do estator é conhecida como escorregamento e é representada por:

Se o motor gira a uma velocidade diferente da velocidade síncrona, o enrolamento do rotor corta as linhas de força magnéticas do campo girante e, pelas leis do eletromagnetismo, circularão nele correntes induzidas. Quanto maior a carga , maior deverá ser o conjugado para acioná-la. Para obter um maior conjugado, proporcionalmente terá que ser maior a diferença de velocidades entre rotor e o campo girante no estator para que as correntes induzidas e os campos produzidos seja maiores. Portanto , à medida que a carga aumenta , cai a rotação do motor. Quando a carga for zero (motor a vazio) o rotor irá girar quase na rotação síncrona.

A freqüência da corrente induzida no rotor é igual ao escorregamento multiplicado pela freqüência do estator. Ou seja:

n f f p frequência em Hertz número de pólos do motor s n n n s s escorregamento velocidade síncrona velocidade rotórica fs f f f

. freqüência da corrente rotórica [ Hz ] freqüência da corrente estatórica [ Hz ]

A vazio o escorregamento é muito pequeno , assim como no rotor, sua reatância e sua f.e.m. induzida são muito pequenas. Assim , a corrente do rotor é reduzida , apenas o suficiente para produzir o conjugado necessário a vazio. O fator de potência é extremamente baixo e em atraso , com cos ϕ < 0,3 , pois a corrente que circula no motor é utilizada apenas para a sua magnetização.

Quando uma carga mecânica é aplicada ao rotor , a velocidade decresce um pouco. O pequeno decréscimo na velocidade causa um aumento no escorregamento, na freqüência rotórica , na sua reatância e na sua força eletromotriz induzida. O aumento da corrente induzida no rotor reflete num aumento da corrente primária do estator . Uma corrente maior será produzida no estator , com melhor fator de potência, tendendo a produzir mais potência mecânica e solicitar mais potência da linha. À plena carga o motor de indução irá girar a um escorregamento que corresponde ao equilíbrio entre o conjugado desenvolvido e o conjugado resistente da carga.

O fator de potência a plena carga varia de 0,8 (em pequenos motores de com potência em torno de 1CV ) e aproximadamente 0,95 (nos grandes motores , acima de 150 CV). Com o aumento da carga , o fator de potência aproxima-se de um máximo e então decresce rapidamente.

1.2 Motor com rotor em gaiola de esquilo

Os motores desta categoria são comumente chamados de motores de gaiola de esquilo. O circuito rotórico é constituído de barras isoladas e interligadas nas extremidades por anéis em curto-circuito.

1.3 Motor com rotor bobinado (motor de anéis)

O motor de anéis possui a mesma característica construtiva do motor de indução com relação a estator , mas o seu rotor é bobinado com um enrolamento trifásico , acessível externamente através de três anéis com escovas coletoras no eixo.

Graças à característica do ajuste da curva de conjugado por rotação em função do aumento da resistência rotórica pela inclusão de resistores externos , estes motores são utilizados no acionamento de cargas de inércia elevada e com alto conjugado resistente de partida. Por outro lado , para acionamentos com baixa inércia , estes motores podem apresentar correntes de aceleração reduzidas.

1.4 Circuito equivalente do motor assíncrono

Quando o escorregamento do varia entre 0 e 1 , haverá f.e.m. induzida no rotor e, consequentemente haverá conversão eletromecânica de potência. Nesta situação , é válido o circuito equivalente mostrado a seguir.

• E1: tensão de rotor • I1: corrente de rotor

• IE: corrente de excitação

• E2: tensão de rotor referida ao estator • I2: corrente de rotor

• R1: resistência do enrolamento de estator

• X1: reatância de estator

• Rp: resistência associada as perdas no núcleo magnético

• Xp: reatância de magnetização

• R2: resistência de rotor referida ao estator

• X2: reatância de rotor referida ao estator

2 Equações da máquina assíncrona

2.1 Força eletromotriz e corrente induzida

A força eletromotriz induzida no rotor é função do escorregamento. Com o rotor parado, o campo rotativo estatórico gira com a mesma velocidade com relação aos enrolamentos do rotor e estator, induzindo no circuito rotórico uma f.e.m. proporcional à freqüência de rotor (f1).

Quando o rotor está bloqueado, a tensões induzidas no rotor e estator são dadas respectivamente por:

Na presença de escorregamento, tem-se: Portanto:

Desta forma a análise da máquina pode ser descrita de forma aproximada por:

A equação acima mostra de forma aproximada o comportamento do fluxo de magnetização da tensão e freqüência de estator.

Ef N K Ef N K me me e m

,
,

Força contra eletromotriz induzida no estator Força eletromotriz induzida no rotor

Fator de enrolamento do estator e rotor , respectivamente

Número de espiras do estator e rotor , respectivamente Fluxo de magnetização

Para rotor bloqueado φφφφM E f

2.2 Conjugado eletromagnético

A interação entre a corrente de rotor e o fluxo produzido por cada pólo unitário do campo magnético girante que concatena o condutor do rotor , resulta no conjugado motor , que é dado por:

Onde:

• K = Constante de conjugado para o número de pólos, enrolamento, conversão de unidades, etc.

• cos ϕ2 = fator de potência do circuito rotórico • φM = fluxo de magnetização

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