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Inversores tradicionais, trabalhando principalmente com circuitos intermediários de tensão variável, consistem de seis diodos, seis tiristores e seis capacitores.

W, W-U, U-VMesmo que isso faça a corrente do motor quase quadrada, a

Os capacitores habilitam os tiristores a chavear, de forma que a corrente esteja defasada 120º elétricos nas bobinas do motor e devem ser adaptadas ao tamanho do motor. Um campo girante intermitente com a freqüência desejada é produzido quando os terminais do motor são excitados com corrente U-V, V- tensão do motor é quase senoidal. Entretanto, sempre existem picos de tensão quando a corrente é chaveada. Os diodos isolam os capacitores da corrente de carga do motor.

Figura 31 - Inversor para tensão constante ou variável e a saída que depende da freqüência de chaveamento dos transistores.

Em inversores com circuitos intermediários de tensão constante ou variável existem seis componentes chaveadores e independentemente do tipo de semicondutor utilizado, a função é basicamente a mesma. O circuito de controle chaveia os semicondutores utilizando-se das mais diversas técnicas de modulação, mudando, dessa forma, a freqüência de saída do inversor.

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A primeira técnica trabalha com tensão ou corrente variável no circuito intermediário.

Os intervalos em que os semicondutores individualmente são conduzidos são colocadas numa seqüência que é usada para se obter as freqüências de saída desejada.

Essa seqüência de chaveamento é controlada pela amplitude da tensão ou corrente do circuito intermediário. Utilizando-se um oscilador controlado por tensão, a freqüência sempre obedece a amplitude da tensão. Esse tipo de inversor é chamado de PAM (Pulse Amplitude Modulation ou Modulação por amplitude de pulso).

A outra principal técnica usa um circuito intermediário de tensão constante. A tensão no motor é conseguida aplicando-se a tensão do circuito intermediário por períodos mais longos ou mais curtos.

Figura 32 - Modulação por amplitude e por largura de pulso.

A freqüência é mudada através da variação dos pulsos de tensão ao longo do eixo do tempo – positivamente para meio período e negativamente por o outro meio.

Como a técnica muda a largura dos pulsos de tensão, ela é chamada de

PWM (Pulse Width Modulation ou Modulação por Largura de Pulso). PWM (e técnicas relacionadas com ela como PWM controlada pelo seno) é a técnica mais utilizada no controle dos inversores.

Nas técnicas PWM o circuito de controle determina os tempos de chaveamento dos semicondutores através da intersecção entre um tensão triangular e uma tensão senoidal superposta (PWM controlada pelo seno).

O Circuito de Controle

O circuito de controle ou placa de controle é a quarta peça do conversor de freqüência e tem quatro tarefas essenciais:

• Cuidar das funções de proteção do conversor de freqüência e do motor.

Os micro-processadores tem aumentado sua capacidade de processamento e velocidade, aumentando significativamente o número de aplicações possíveis aos conversores de frequencia e reduzindo o número de cálculos necessários a sua aplicação.

Com os micro-processadores o processamento é integrado dentro do conversor de freqüência e este está apto a determinar o melhor padrão de chaveamento para cada estado de operação.

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Conversores de Freqüência e Motores

Características de torque do motor.

Se um inversor de freqüência fosse capaz de fornecer uma corrente muitas vezes maior que a corrente nominal do motor, a sua característica de torque seria como visto na figura 10.

Mas correntes dessa magnitude podem danificar tanto o motor como o conversor de freqüência. Conseqüentemente o conversor de freqüência indiretamente limita os valores de corrente através da redução da tensão e da freqüência. O limite de corrente é variável e garante que o motor não ficará excedendo por muito tempo sua corrente nominal. Visto que o conversor de freqüência controla a velocidade do motor independentemente da carga, é possível parametrizar diferentes limites dentro da faixa de trabalho do motor.

As características de torque do motor estão dentro dos valores nominais para alguns tipos conversores de freqüência. Entretanto, seria uma vantagem se o conversor permitisse que o torque atingisse 160% do torque nominal por exemplo. É também normal que o inversor opere o motor numa velocidade acima da velocidade síncrona como por exemplo 200% da velocidade nominal.

O conversor de freqüência não consegue fornecer uma tensão maior que a tensão de alimentação o que leva a um declínio da relação tensão - freqüência se a velocidade nominal for excedida. O campo magnético enfraquece e o torque gerado pelo motor cai na razão de 1/n.

Figura 34 - Torque e sobre-torque do motor

A corrente máxima de saída do conversor se mantém constante.

Isso leva a uma potência constante de saída mesmo com velocidades acima de 200%.

Figura 3 -

A base do con trole VVC

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Instrutor: Eng. Henrique Matheus Pág. 28 Figura 35 - Performance do motor

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Soft-Starters são equipamentos eletrônicos destinados ao controle da partida de motores elétricos de corrente alternada.

Quando partimos um motor através da conexão direta da fonte de alimentação com valores nominais, inicialmente ele drena a corrente de rotor bloqueado (IRB) e produz um torque de rotor bloqueado (TRB). Assim que o motor acelera a corrente cai e o torque aumenta antes de cair para seus valores nominais na velocidade nominal. Ambos, a magnitude e o formato das curvas de torque e corrente dependem do projeto do motor.

Figura 36 - Características de torque de um motor.

Motores com características de velocidade máxima quase idênticas podem ter diferenças grandes na capacidade de partida. As correntes de partida variam de 5 a 9 vezes a corrente nominal. Torques de rotor bloqueado variam desde 0,7 a 2,3 do torque nominal. As características de tensão, corrente e torques máximos formam o conjunto de limites que um partida com tensão reduzida pode administrar.

Quando um tensão reduzida de partida é utilizada, o torque de partida do motor é reduzido de acordo com a seguinte fórmula. 2

A corrente de partida pode ser reduzida até o ponto onde o torque de partida continue excedendo o torque resistente (carga). Abaixo desse ponto o

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Instrutor: Eng. Henrique Matheus Pág. 30 motor cessará a aceleração e o motor / carga não atingirá a velocidade nominal.

Os tipos mais comuns para redução da tensão de partida são: 1. Partidas estrela / triângulo 2. Partidas com auto transformador 3. Partidas com resistência primária. 4. Soft Starters.

A partida estrela triângulo é a mais barata das formas de partida com tensão reduzida, entretanto sua performance é limitada. As duas limitações mais importantes são: 1. Não existe controle sobre a limitação do torque e da corrente de partida que são fixos em 1/3 do nominal. 2. Existem normalmente grandes transientes de corrente e torque quando há mudança da estrela para o triângulo. Isso causa estresse mecânico e elétrico. O auto transformador oferece melhor controle da partida, entretanto a tensão continua sendo aplicada em passos. Algumas limitações do auto trafo são: 1. Transientes de torque causados pelos passos de tensão. 2. Número limitado de tapes restringe a possibilidade de selecionar a corrente ideal de partida. 3. Altos custos para partidas freqüentes ou pesadas. 4. Não consegue fornecer uma solução efetiva para partidas com características variáveis. Por exemplo, uma correia transportadora pode ser partida vazia ou com carga. O auto transformador só pode ser otimizado para uma situação. Partida com resistência primária (rotor bobinado) também oferece grandes vantagens sobre a partida estrela triangulo. Porém, eles possuem algumas características que reduzem sua efetividade, quais sejam: 1. Dificuldade para otimizar a partida no comissionamento pois a resistência deve ser calculada quando a partida é fabricada e não é facilmente alterada depois. 2. Baixa performance com partidas freqüentes pois a resistência muda seus valores com o aquecimento. Um período longo de resfriamento é necessário entre as partidas. 3. Baixa performance em partidas longas e pesadas pois a resistência muda seus valores com o aquecimento. 4. Não consegue fornecer uma solução efetiva para partidas com características variáveis. As soft starters são os equipamentos mais avançados para redução de tensão na partida. Elas oferecem melhor controle sobre a corrente e o torque assim como podem incorporar funções avançadas para proteção do motor e ferramentas de interface. 1. Controle simples e flexível sobre a corrente e o torque de partida. 2. Controle suave da tensão e da corrente, livre de passos ou transientes. 3. Capaz de partidas freqüentes. 4. Capaz de gerenciar partidas com características variáveis.

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5. Controle Soft stop (parada suave) para aumentar o tempo de parada dos motores. 6. Controles para freio para reduzir o tempo de parada dos motores.

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