Inversor de Frequencia, Notas de estudo de Eletrônica

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O Inversor de Freqüência

e suas aplicações

Prof. M.Sc. Tácio Luiz S. Barbeiro

ÍNDICE

• 1. Introdução
• 2. Máquinas Elétricas
• 3. Aspectos de Controle Escalar
• 4. Conversores de Potência
• 5. Controladores em Máquinas Elétricas
• 6. MICROMASTER 420 – SIEMENS
• 7. Bibliografia

SISTEMAS DE ACIONAMENTO DE VELOCIDADE VARIÁVEL

O SISTEMA MECÂNICO

• O sistema mecânico é visto pelo motor como um

conjugado (torque) que deve ser aplicado ao eixo pelo

acoplamento do motor;

• Para a operação em regime estacionário, a definição

entre a relação do conjugado de carga e a velocidade

do motor pode ser feita em termos dos quatro

quadrantes do diagrama “Conjugado - Velocidade”.

DIAGRAMA CONJUGADO – VELOCIDADE

TIPOS DE CONJUGADO DE CARGA

• ATRITO: conjugado usado para acionar o sistema

mecânico sem realizar trabalho mecânico adicional;

• VENTILAÇÃO: conjugado usado para agitar ou

bombear o ar ao redor das partes móveis do mecanismo;

• ACELERAÇÃO: conjugado desenvolvido em

condições transitórias e usado para sobrepujar a inércia

mecânica;

• TRABALHO MECÂNICO: conjugado para realizar o

trabalho desejado.

ACIONAMENTO A POTÊNCIA CONSTANTE

Aplicação Típica: Laminador de Tiras de Aço, Papel ou Plástico.

• À medida que o raio r aumenta, o conjugado TW aumenta e a velocidade angular ω deve diminuir;
• Para fazer um rolo satisfatório, a tensão na tira deve ser constante. Essa tensão é expressa pela força tangencial f.

ACIONAMENTO A CONJUGADO CONSTANTE

Aplicação Típica: Elevadores e Guindastes de Içamento

• Necessitam, em geral, de operação nos QUATRO QUADRANTES.

2. MÁQUINAS ELÉTRICAS

TIPOS DE MOTORES ELÉTRICOS

• Motores CC: Série, Excitação Independente e Imã permanente;
• Motores CA: Indução em gaiola, Síncrono senoidal de imã permanente;
• Motores Especiais: Bruschless CC e Relutância.

CRITÉRIOS DE SELEÇÃO

• Custo
• Eficiência, Robustez
• Perfil Torque X Velocidade
• Aceleração
• Densidade de Potência e Volume
• Outros: Capacidade Térmica, Restrição de Ambiente.

MIT – MOTOR ASSÍNCRONO

Circuito Elétrico Equivalente

Escolha de Referenciais – Modelos Matemáticos Vetoriais

Índice 1 → Estator

Índice 2 → Rotor

MIT – MOTOR ASSÍNCRONO

Equacionamento Matemático Define-se:

Velocidade de Escorregamento:

Escorregamento:

Em Regime Permanente no Referencial do Estator, tem-se: Torque Eletromagnético:

OBS: Pode-se conseguir uma atuação no torque eletromagnético variando-se a resistência de rotor, a freqüência da rede e através da corrente de rotor (indiretamente através de I 1 e/ou U 1 ).

Velocidade Mecânica:

,sendo Zp o número de pares de pólos do motor de indução.

SIMULAÇÕES – MIT 3.7 KW / 200V / 60 Hz / 2 pólos

Característica torque-velocidade para variações da amplitude da tensão de estator com freqüência fixa.

• Variações Mínimas de Velocidade para uma mesma situação de carga;
• Esta estratégia foi por longo tempo a única possibilidade realizável devido às dificuldades de se implementar variadores de freqüência.

Característica torque-velocidade para variações da freqüência da tensão de estator com amplitude fixa

• Melhora em termos de variação de velocidade;
• Redução do nível de torque com o aumento da freqüência.

RESUMO DAS POSSIBILIDADES DE CONTROLE DE

VELOCIDADE NAS MÁQUINAS C.A.

4. CONVERSORES DE POTÊNCIA

Os conversores são os elementos que realizarão o acionamento do motor provendo energia na forma adequada ao motor em utilização. Serão necessários em função de que a energia elétrica disponível comercialmente é de corrente alternada com freqüência e amplitudes constantes. Normalmente estes conversores são unidirecionais em fluxo de potência. Para regeneração é necessário se incrementar a topologia dos mesmos. Enquanto que os motores CC necessitam de amplitudes de tensão CC variáveis, os motores CA necessitam, como veremos, de amplitude e freqüência variáveis.

Retificadores: CA
CC Choppers: CC
CC Inversores: CC
CA

• Retificadores ou Choppers ⇒ Motores CC Monofásicos ou Trifásicos
• Inversores ⇒ Motores CA Diversas topologias em função dos componentes e fonte primária (bateria ou retificadores)

TENSÃO E FREQUENCIA VARIÁVEL

Supondo-se a rede trifásica como fonte de energia, tem-se:

INVERSOR DE TENSÃO

• Capacitor no barramento CC para suavizar a tensão e manter o nível CC constante;
• As chaves a serem implementadas devem possuir tecnologia de alta freqüência de chaveamento.

MODOS DE CHAVEAMENTO

• Inversor em Modo 6-pulsos 2a
• Inversor em Modo 6-pulsos 3a