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Conversores de Frequencia e Soft-Starters

Instrutor: Eng. Henrique Matheus Pág. 2

Introdução3
Motores Elétricos4
Motores Assíncronos5
Estator6
Rotor8
Escorregamento, torque e velocidade9
Eficiência e Perdas1
Campo Magnético1
Circuito Equivalente12
Mudanças de velocidade15
Tipos de Carga17
Conversores de Freqüência19
O Retificador20
Retificadores não controlados21
Retificadores controlados21
O circuito intermediário2
Inversores fonte de corrente (I-converters)2
Circuito intermediário com tensão C variável23
O Inversor24
O Circuito de Controle26
Conversores de Freqüência e Motores27
Características de torque do motor27
SOFT – STARTERS29
Tipos de controle de soft Starters31
Correção do fator de potência32
Bibliografia3

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Introdução

Os conversores de freqüência são equipamentos eletrônicos que fornecem total controle sobre a velocidade de motores elétricos de corrente alternada através da conversão das grandezas fixas, tensão e freqüência da rede, em grandezas variáveis.

Apesar do princípio ser o mesmo, houveram grandes mudanças entre os primeiros conversores de freqüência e os atuais, devidas principalmente a evolução dos componentes eletrônicos com destaque aos tiristores e aos microprocessadores digitais.

A grande maioria dos conversores de freqüência usados pela indústria para controlar a velocidade de motores elétricos trifásicos de corrente alternada são desenvolvidos de acordo com dois princípios:

• Conversores desenvolvidos sem um circuito intermediário conhecidos com conversores diretos e;

• Conversores de freqüência com um circuito intermediário variável ou fixo.

Figura 1 - Tipos de Conversores de Freqüência.

Os circuitos intermediários podem ser tanto com corrente contínua como com tensão contínua e são conhecidos como conversores com fonte de corrente ou conversores com fonte de tensão.

Os conversores de freqüência com circuitos intermediários oferecem inúmeras vantagens sobre os conversores sem circuito intermediário:

• Melhor controle sobre a potência reativa.

• Não existem limitações com relação à freqüência de saída (mas existe uma limitação nos sistemas de controle e nos componentes utilizados.

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Conversores de freqüência com altas freqüências de saída são normalmente conversores com circuito intermediário.) Conversores diretos são relativamente mais baratos do que conversores com circuitos intermediários, mas sofrem com a baixa redução de harmônicas.

Como a maioria dos conversores de freqüência usa circuito intermediário com tensão contínua, nossa apostila irá focar nesses conversores.

Motores Elétricos

Para compreender o funcionamento de um Conversor de Freqüência é de fundamental importância entender primeiro como funciona um motor de indução.

O primeiro motor elétrico foi, uma máquina de corrente contínua, construída em 1833. O controle de velocidade desse tipo de motor é relativamente simples e atende as necessidades da maioria das aplicações.

Em 1889, o primeiro motor de corrente alternada foi desenvolvido. Mais simples e robusto do que os de corrente contínua, a máquina trifásica de corrente alternada sofria com valores fixos de velocidade e características de torque, o que limitou por vários anos o uso desses motores em aplicações especiais.

Os motores trifásicos de corrente alternada são conversores eletromagnéticos de energia, convertendo energia elétrica em energia mecânica (operando como motor) e vice-versa (operando como gerador) através da indução eletromagnética.

O princípio da indução eletromagnética é que se um condutor é movimentado através de um campo magnético (B), uma tensão é induzida. Se o condutor é um circuito fechado, uma corrente (I) irá circular. Quando o condutor é movimentado, uma força (F), que é perpendicular ao campo magnético, irá agir sobre o condutor.

a) Princípio do gerador (indução através do movimento). No princípio do gerador, movimentando um condutor através de um campo magnético gera uma tensão.

b) Princípio do motor. No motor, o princípio da indução é reverso e um condutor conduzindo uma corrente é posicionado dentro de um campo magnético. O condutor é então influenciado por uma força (F) que movimento o condutor para fora do campo magnético.

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Figura 2 - Princípio da Indução Eletromagnética.

No princípio do motor, o campo magnético e o condutor com uma corrente circulando geram o movimento.

O campo magnético é gerado na parte estacionária (o estator) e os condutores, que são influenciados pelas forças eletromagnéticas, estão na parte girante (o rotor).

Motores de corrente alternada trifásicos podem ser divididos em dois grupos principais: assíncronos e síncronos.

O estator funciona basicamente da mesma maneira nos dois tipos de motores, mas o projeto e o movimento do rotor em relação ao campo magnético é diferente. Nos síncronos (que significa simultâneo ou o mesmo) a velocidade do rotor e do campo magnético são as mesmas e no assíncrono são diferentes.

Figura 3 - Tipos de motor CA Motores Assíncronos

Motores assíncronos são os mais utilizados e praticamente não requerem manutenção. Em termos mecânicos eles são virtualmente unidades padrão, de forma que fornecedores estão sempre disponíveis. Existem vários tipos de motor assíncrono, mas todos eles seguem o mesmo princípio básico.

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Figura 4-Construção de um motor assincrono.

Estator

O estator é a parte fixa do motor. Na carcaça do motor existe um núcleo de ferro formado por folhas finas de ferro (0,3 a 0,5mm). Essas folhas de ferro possuem ranhuras para o enrolamento trifásico.

Os enrolamentos de fase e o núcleo do estator geram o campo magnético. O número de par de pólos (ou pólos) determinam a velocidade que o campo magnético irá girar. Se o motor está ligado na sua freqüência nominal, a velocidade do campo magnético é chamada de velocidade síncrona do motor

(n0).

Par de pólos (p) 1 2 3 4 6 Número de pólos (2p) 2 4 6 8 12 Velocidade Síncrona 3600 1800 1200 900 600

O Campo Magnético

O campo magnético gira no entreferro entre o estator e o rotor. Após a conexão de um enrolamento a uma fase de alimentação, um campo magnético é induzido.

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Figura 5 - Uma fase resulta em um campo alternado.

O sentido do campo magnético no estato é fixo, mas a direção muda. A velocidade dessa mudança é determinada pela freqüência de alimentação. Numa freqüência de 60Hz (padrão brasileiro) o campo alternaria de direção 60 vezes por segundo.

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