Acionamento de Motores
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EFICIÊNCIA EFICIÊNCIA ENERGENERGÉÉTICA E TICA E
ACIONAMENTOS DE ACIONAMENTOS DE MOTORESMOTORES
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IntroduIntrodu ççãoão
�� Um acionamento elUm acionamento el éétrico moderno trico moderno éé formado normalmente pela formado normalmente pela combinacombina çção dos seguintes elementos:ão dos seguintes elementos:
• MOTOR: converte energia elétrica em energia mecânic a• DISPOSITIVO ELETRÔNICO: comanda e/ou controla a pot ência elétrica• TRANSMISSÃO MECÂNICA: adapta a velocidade e inércia entre motor e
máquina (carga)
SISTEMAELÉTRICO
MOTORELÉTRICO
CARGAMECÂNICA
CONTROLE
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IntroduIntrodu ççãoão
�� A escolha do motor e de seus dispositivos de partid a e parada, A escolha do motor e de seus dispositivos de partid a e parada, mesmo influenciada por aspectos ambientais, estmesmo influenciada por aspectos ambientais, est áá diretamente diretamente relacionada com a carga mecânica a ser acionada e a o impacto relacionada com a carga mecânica a ser acionada e a o impacto dela no sistema eldela no sistema el éétrico.trico.
�� No acionamento das cargas mecânicas os conjugados No acionamento das cargas mecânicas os conjugados resistentes e de arraste precisam ser analisados pa ra evitar resistentes e de arraste precisam ser analisados pa ra evitar problemas operacionais como desgaste, vibraproblemas operacionais como desgaste, vibra çção, aquecimento...ão, aquecimento...
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Dispositivos de partida de motores elDispositivos de partida de motores el éétricostricos
�� FunFunçções de partidasões de partidas --motoresmotores
Distribuição Elétrica de BT
Seccionamento
Proteção contra curto-circuito
Proteção contra sobrecarga
Comutação
Seccionamento
Proteção contra curto-circuito
Comutação
Soft-Start Inversor defreqüência
Motor Motor
Isolar eletricamente o circuito deforça da alimentação geral
Detectar e interromper o maisrápido possível correntesanormais superiores a 10 In
Detectar aumentos de correnteaté 10 In e evitar o aquecimentodo motor e dos condutores antesda deterioração dos isolantes
Consiste em estabelecer,interromper e regular o valor dacorrente absorvida pelo motor
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Sistemas de velocidade variSistemas de velocidade vari áávelvel
�� Muitos processos industriais requerem dispositivos de Muitos processos industriais requerem dispositivos de acionamento de cargas com velocidade variacionamento de cargas com velocidade vari áável:vel:
• BOMBAS: variação de vazão de líquidos• VENTILADORES: variação de vazão de ar• SISTEMAS DE TRANSPORTE: variação da velocidade de t ransp.• TORNOS: variação da velocidade de corte• BOBINADEIRAS: compensação da variação de diâmetro d a
bobina
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Tipos de motores elTipos de motores el éétricostricos
Pu=C.ωωωω
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Motor de Alto RendimentoMotor de Alto Rendimento
�� Eficiência energEficiência energ éética atravtica atrav éés do s do motor de Alto Rendimentomotor de Alto Rendimento
• O setor industrial é responsável por 43% do consumo anual de energia em nosso país. Dentro deste setor, onde há maior demanda de energia elétrica, os motores são responsáveis por aproximadamente 55% deste consumo.
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Motor de Alto RendimentoMotor de Alto Rendimento
�� DiferenDiferen çças entre o motor de Alto Rendimento e o motor sta ndard as entre o motor de Alto Rendimento e o motor sta ndard
• Maior quantidade de cobre: reduz as perdas Joule (p erdas no estator);
• Chapa magnética com alta permeabilidade, baixas per das e entreferro reduzido - reduz a corrente magnetizante e consequent emente as perdas no ferro;
• Enrolamento dupla camada: resulta em melhor dissipa ção de calor;
• Rotores tratados termicamente: reduz as perdas supl ementares;
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Motor de Alto RendimentoMotor de Alto Rendimento
�� A diferenA diferen çça de rendimento entre os motores padrão e Alto rend imento a de rendimento entre os motores padrão e Alto rend imento variam entre 1,5 e 7 % sendo que para os motores de potencia menvariam entre 1,5 e 7 % sendo que para os motores de potencia men or a or a diferendiferen çça a éé maior. Vale lembrar que a economia de energia em mot ores maior. Vale lembrar que a economia de energia em mot ores maiores maiores éé sempre maior, pois 2% em um motor de 150CV, pode ser muito sempre maior, pois 2% em um motor de 150CV, pode ser muito maior que 7 % em um motor de 1CV.maior que 7 % em um motor de 1CV.
Motor standard Motor A.R
Motor 5 CV 4 Motor 5 CV 4 polospolos 85,085,0 88,588,5
Motor 150CV 4 Motor 150CV 4 polospolos 93,593,5 9595,,00
�� O custo do motor AR varia entre 30 e 40% a mais qu e o StandardO custo do motor AR varia entre 30 e 40% a mais qu e o Standard e o e o tempo de retorno esttempo de retorno est áá ente 8 meses e 18 meses, com mente 8 meses e 18 meses, com m éédia de 12 mesesdia de 12 meses
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Motor de Alto RendimentoMotor de Alto Rendimento
Características técnicas dos motores standard e de alto rendimento
Item decomparação
Motor standard Motor altorendimento
Característica
Quantidade decobre
Menor Maior Reduz perdasJoules
Comprimento dopacote de ferro
Menor Maior Reduz perdasmagnéticas
Enrolamento Camada Simples Dupla camada Provê melhordissipação do calor
geradoChapa metálica Altas perdas Baixas perdas Reduz a corrente
magnetizante
Rotor Sem tratamento Tratadotermicamente
Reduz perdassuplementares no
ferro
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Tipos de partida de motores assTipos de partida de motores ass ííncronosncronos
QUADRO COMPARATIVOQUADRO COMPARATIVO
Tipo de chaveTipo de chave TensãoTensão IpIp TorqueTorque PartidaPartida
DiretaDireta 100%100% IpIp CpCp A plena cargaA plena carga
EstrelaEstrela --triângulotriângulo 58%58% IpIp x 0,33x 0,33 CpCp x 0,33x 0,33 Praticam. a vazio*Praticam. a vazio*
CompensadoraCompensadora 80%80% IpIp x 0,64x 0,64 CpCp x 0,64x 0,64 Com cargaCom cargaTAP 80%TAP 80% TAP 80%TAP 80%
65%65% IpIp x 0,42x 0,42 CpCp x 0,42x 0,42TAP 65%TAP 65% TAP 65%TAP 65%
* ex: bombas e ventiladores com registro fechado, c orreias * ex: bombas e ventiladores com registro fechado, c orreias transptransp . sem carga, compressores . sem carga, compressores com vcom v áálvula fechada, etc.lvula fechada, etc.
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Tipos de partida de motores assTipos de partida de motores ass ííncronosncronos
TODOS OS MTODOS OS MÉÉTODOS DE PARTIDA VISTOS TODOS DE PARTIDA VISTOS ANTERIORMENTE CONSEGUEM UMA REDUANTERIORMENTE CONSEGUEM UMA REDU ÇÇÃO NA ÃO NA
TENSÃO, TORQUE E CORRENTE DE PARTIDA, PORTENSÃO, TORQUE E CORRENTE DE PARTIDA, POR ÉÉM A M A COMUTACOMUTAÇÇÃO ÃO ÉÉ POR POR DEGRAUS DE TENSÃODEGRAUS DE TENSÃO
)f(UC
UfI2
bornes nos )(
==
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Tipos de partida de motoresTipos de partida de motores
�� SoftSoft --starter (partida starter (partida suave)suave)
A alimentação do motor, quando é colocado em funcionamento, é feita por aumento progressivo da tensão (rampa de tensão ), o que permite uma partida sem golpes e reduz o pico de corrente.
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Tipos de partida de motores assTipos de partida de motores ass ííncronosncronos
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Tipos de partida de motores assTipos de partida de motores ass ííncronosncronos
�� ÉÉ um dispositivo eletrônico para controle de tensão, ou seja, um dispositivo eletrônico para controle de tensão, ou seja, servem para acelerar/desacelerar a velocidade dos m otores na servem para acelerar/desacelerar a velocidade dos m otores na partida.partida.
�� A tensão reduzida A tensão reduzida éé controlada ajustandocontrolada ajustando --se o ângulo de disparo se o ângulo de disparo de um par de de um par de tiristores tiristores em antiparalelo em cada fase da fonte. em antiparalelo em cada fase da fonte. Circuitos de controle eletrônico controlam a tensão aplicada ao Circuitos de controle eletrônico controlam a tensão aplicada ao motor.motor.
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Tipos de partida de motores assTipos de partida de motores ass ííncronosncronos
�� Pelo ajuste correto das Pelo ajuste correto das varivari ááveis de controle, o torque veis de controle, o torque do motor e a corrente são do motor e a corrente são idealmente ajustadas idealmente ajustadas ààs s necessidades da carga. A necessidades da carga. A medida que a tensão vai medida que a tensão vai aumentando (num peraumentando (num per ííodo odo ajustajust áável de tempo vel de tempo –– rampa de rampa de tensão), a corrente aumenta tensão), a corrente aumenta para acelerar a carga de uma para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus.maneira suave e sem degraus.
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Tipos de partida de motores assTipos de partida de motores ass ííncronosncronos
�� Parada do motor: por inParada do motor: por in éércia rcia ou controladaou controlada
• Por inércia: tensão vai “instantaneamente” a zero, implicando que o motor não produza nenhum conjugado na carga, que por sua vez vai perdendo velocidade atéparar.
• Controlada: soft-starter vai gradualmente reduzindo a tensão de saída até um valor mínimo de tempo pré-definido.
1- Reduzindo tensão aplicada ao motor, este perde conjugado
2- Perda de conjugado, aumento escorreg.
3- Aumento de escorreg., motor perde veloc.
4- Motor perde veloc., a carga também perderá
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Tipos de partida de motores assTipos de partida de motores ass ííncronosncronos
�� Partida por Partida por softsoft --starterstarter
VANTAGENS
• controle da corrente de partida (próxima à nominal)• não existe limitação do número de manobras/hora• longa vida útil pois não possui partes eletromecâni cas móveis• torque de partida próximo do torque nominal• pode ser empregada também para desacelerar o motor• possibilita inversão do sentido de rotação• Proteções integrais (falta de fase, sobrecorrente, s ubcorrente, sobrecarga etc)
DESVANTAGENS
• É necessário tensão auxiliar para o soft-starter• Maior custo na medida em que a potência do motor é r eduzida • distorções harmônicas na linha
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Nova tecnologia TCS Nova tecnologia TCS -- Torque Torque Control SystemControl System
A tecnologia TCS foi desenvolvida para o Soft-Start e permite, através de um novo algoritmo, o Controle de Tensão e Corrente do motor, fazendo com que o Conjugado de aceleração e desaceleração sejam lin eares.
Esta Tecnologia conta com uma lógica chamada:“Fuzzi Logic” - conhecida como lógica nebulosa ou difusa.
Com a utilização deste algoritmo conseguimos respos tas mais rápidas, precisas e estáveis para o controle em Conjugado.
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Nova tecnologia TCS Nova tecnologia TCS -- Torque Torque Control SystemControl System
�� Vantagens do controle do conjugadoVantagens do controle do conjugado
Soft-Start controle em tensão Soft-Start controle em conjugado
0%
200%
400%
600%
0% 20% 40% 60% 80% 100%
0%
100%
200%
300%
0% 20% 40% 60% 80% 100%
CoupleAccélération
CoupleCharge
COURBES VITESSE-COUPLE
Pleine tensionRampe tensionCouple charge
COURBES VITESSE-COURANT
Pleine tensionRampe tension
VITESSE MOTEUR
100%
200%
300%
0% 20% 40% 60% 80%0%
100%
100%0%
200%
400%
600%
0% 30% 40% 60% 80%
Pleine tensionRampe tensionCouple charge
COURBES VITESSE-COURANT
Pleine tensionRampe tension
VITESSE MOTEUR
CoupleAccélération
constante
CoupleCharge
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Inversores: Acionamentos de Inversores: Acionamentos de velocidade varivelocidade vari áávelvel
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
( )p
Sfn
−××= 1120velocidade
frequência
Nº de pólos
escorregamento
Podemos observar que, para se variar a rotação do m otor, deveremos ou variar a frequência (f), ou o escorregamento (S) ou o número de pólos.
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
Variação do número de pólos:
Pode ser feita através de:
• enrolamentos separados no estator
• um enrolamento com comutação de pólos
• combinação dos dois anteriores
Não é interessante para os objetivos colocados, pois teríamos uma variação discreta de velocidade. Além disso, a carcaça é geralmente bem maior que o de velocidade ú nica.
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
Variação do escorregamento:
Também seria inviável, pois com este método as perd as aumentarão e os valores de torque do motor seriam a lterados
• variação da resistência rotórica • variação da tensão do estator
Pouco utilizado, uma vez que também gera perdas rotóricas e a taxa de variação de velocidade é pequena
C
IRS
s ×××=
ω
22
223
5
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
( )p
Sfn
−××= 1120
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
( )rpmn 1750
4
0278,0160120 =−××=
Motor 4 pólos; S = 0,0278
a) f = 60 Hz (frequência nominal)
( )rpmn 875
4
0278,0130120 =−××=
b) f = 30 Hz
( )rpmn 2625
4
0278,0190120 =−××=
c) f = 90 Hz
Variação da frequência:
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
O QUE QUEREMOS???:
O ideal será obtermos uma variação da frequência que vamos aplicar ao enrolamento estatórico do motor, conseguindo assim alterar a rotação do motor, mas com TORQUE CONSTANTE.
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
Variação da frequência:
2IC m ×≈ φ
f
Um ≈φComo o torque precisa ser
mantido adequado e este só se mantém constante se o fluxo
(φm) permanecer constante, teremos que variar então a tensão (U) juntamente com a frequência (f).
O torque (C) será constante se o
fluxo (φm) permanecer constante
Kf
U =
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
Curva TORQUE x VELOCIDADE quando o motor é alimentado com frequência variável:
Para cada frequência, teremos uma velocidade síncrona, mantendo-se uma diferença constante do escorregamento
Motor 4 pólos/60Hz/S=50rpm
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
Como podemos, a partir da tensão e frequência constante da rede, obter um sistema trifásico com
frequência variável?
INVERSORES DE FREQUÊNCIA
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
�� O que O que éé um inversor de frequência?um inversor de frequência?
O inversor de freqüência é um equipamento eletrônico desenvolvido para variar a velocidade de motores de indução trif ásicos, composto de três etapas distintas: retificação, filtragem e inversão.
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
�� Filosofias de controleFilosofias de controle
• CONTROLE ESCALAR: Variação da tensão e freqüência proporcionalmente dependendo do modelo do inversor (controle U/f).
• CONTROLE VETORIAL: Controle individual dos componen tes elétricos do motor (corrente de magnetização, corrente rotórica) . Controle de velocidade e torque do motor.
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
�� Controle escalar de tensão: controle U/fControle escalar de tensão: controle U/f
• A variação U/f é feita linearmente até a frequência nominal (ex. 60Hz);
• Acima de 60Hz, a tensão, que já é a nominal permanece constante;
• A partir de 60Hz, a corrente, o fluxo, e conseqüentemente o torque, diminuirão (região de enfraquecimento de campo).
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
�� Controle escalar de tensão: controle U/fControle escalar de tensão: controle U/f
• Fazendo uma análise muito simplificada, a corrente do estator I2 é proporcional àresistência R e ao valor da reatância XL (2πfL)
• Acima de 30Hz, R << XL;
• I2 = CONSTANTE (≈ In)
( )222
LXR
UI
+=
Lf
U
X
UI
L ×××==
π22
f
UI ≈2
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
�� Controle escalar de tensão: controle U/fControle escalar de tensão: controle U/f
• A região de enfraquecimento de campo éuma região onde o fluxo começa a decrescer e, portanto, o torque também começa a diminuir
2IC m ×≈ φf
Um ≈φ Constante após fn
Aumentando...
fn
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
�� Controle escalar de tensão: controle U/fControle escalar de tensão: controle U/f
• A potência de saída do conversor de frequência segue a variação U/f, ou seja, cresce linearmente atéa frequência nominal e permanece constante acima desta.
ω×= CPRedução do consumo (kWh) ficando a potência “P”(kW),“modulada” pela carga aplicada “C” (kgf.m) e pel a rotação do motor “ ωωωω” (rpm).
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
�� Controle escalar de tensão: controle U/fControle escalar de tensão: controle U/f
• O motor de indução é auto-ventilado. Com a redução de rotação (f), a ventilação já não é mais a mesma do que seria se estivesse nas suas condições nominais;
• de 0 a 30Hz, deve ser feita uma análise do tipo de carga acionada para tirar conclusões a respeito do aquecimento do motor;
• a tensão de saída do conversor apresenta distorção harmônica (forma de onda não perfeitamente senoidal), provocando aumento da corrente eficaz e consequente aumento de perdas;
• LOGO, É NECESSÁRIO REDUZIR CONJUGADO E POTÊNCIAS ADMISSÍVEIS NO MOTOR (CURVA PADRONIZADA)
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
�� Controle vetorialControle vetorial
• Em aplicações onde se faz necessária uma alta perfo rmance dinâmica, respostas rápidas e alta precisão de regu lação de velocidade, o motor elétrico deverá fornecer essenci almente um controle preciso de torque para uma faixa extensa d e condições de operação;
• Acionamentos CC →→→→ sempre representaram uma solução ideal, pois a proporcionalidade da corrente de armadura, d o fluxo e do troque num motor CC proporcionam um meio direto par a o seu controle;
• A diferença entre controle escalar (U/f) e o contro le Vetorial, é a malha de controle, que permite monitoração independ ente da velocidade e do torque requerido.
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
�� Controle vetorialControle vetorial
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
�� Controle vetorialControle vetorial
�� O Controle Vetorial pode ser de dois tipos:O Controle Vetorial pode ser de dois tipos:• Sensorless: malha aberta (sem encoder – tacogerador de pulsos)• Com encoder: malha fechada (com realimentação de vel ocidade
por encoder)
�� Ambos apresentam excelentes caracterAmbos apresentam excelentes caracter íísticas de regulasticas de regula çção e ão e resposta dinâmica, sendo que o controle com resposta dinâmica, sendo que o controle com encoder encoder apresenta apresenta um grau de desempenho superiorum grau de desempenho superior
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
�� Com Com encoderencoder
• Regulação de velocidade: 0,01%
• Regulação de torque: 5%
• Faixa de variação de velocidade: 1:1000
• Torque de partida: 400% máx.
• Toque máximo (mão contínuo): 400%
�� ““ sensorlesssensorless ””
• Regulação de velocidade: 0,1%
• Regulação de torque: não tem
• Faixa de variação de velocidade: 1:100
• Torque de partida: 250% máx.
• Toque máximo (mão contínuo): 250%
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
inversor motor carga
Aumento/diminuição de carga
Compensação do escorregamento é feita pelo inversor para manter a velocidade constante independentemente de mudanças de carga
Frequência de saída do inversor aumenta ou diminui conforme a corrente do motor varia em função do aumento ou diminuição de carga
Velocidade constante
Lembrete: “S” édeterminado diretamente
pela condição de carga do motor. Logo, se “S”
varia, a velocidade também!
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
�� VANTAGENSVANTAGENS
• Utilização de motores de indução padrão;
• Alta precisão de velocidade;• Suavidade nos movimentos;• Sincronismo c/ alta precisão;• Torque controlável;• Ampla faixa de variação de
velocidade;• Pesos e dimensões reduzidas;• Operação em áreas de risco;• Disponibilidade de “by-pass”;• Cos φφφφ próximo de 1;• Frenagem regenerativa;• Economia de energia.
�� DESVANTAGENSDESVANTAGENS
• Distorção harmônica da rede;• Rendimento: como a tensão de
alimentação não é senoidal, haverão harmônicos que provocarão maiores perdas e consequente redução do rendimento;
• Ruído: variará sensivelmente em função da frequência e do conteúdo de harmônicas do inversor
• Confiabilidade do equipamento eletrônico
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AplicaAplica çções de acionamentos com ões de acionamentos com motores de indumotores de indu çção e inversores de ão e inversores de
frequênciafrequência
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
• Assim como precisamos saber como se comportam as características de torque e de potência ao longo da s rotações do motor quando este é acionado por inversor de freq uência, precisamos também estudar os tipos de torque resist entes e potências consumidas nas mais diversas aplicações p elas respectivas cargas.
• Conjugado nominal: conjugado nominal necessário para mover a carga em condições de funcionamento à veloci dade específica.
MOTOR CARGAX
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
• Conjugado de partida : conjugado requerido para vencer a inércia estática da máquina em movimento. Para que u ma carga, partindo da velocidade zero, atinja a sua ve locidade nominal, é necessário que o conjugado do motor seja sempre superior ao da carga.
• Conjugado de aceleração : conjugado necessário para acelerar a carga à velocidade nominal. O conjugado d o motor deve ser sempre superior ao conjugado de carga, em todos os pontos entre zero e a rotação nominal. No ponto de inserção das duas curvas, o conjugado de aceleração é nulo, o u seja, éatingido o ponto de equilíbrio a partir do qual a v elocidade permanece constante. Este ponto de interseção corres ponde a velocidade nominal
9
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
• O conjugado de aceleração assume valores bastante diferentes na fase da partida.
• O conjugado de aceleração obtém-se a partir da diferença entre o conjugado do motor e o conjugado da carga.
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
Conjugado constante
Nas máquinas deste tipo, o conjugado permanece constante durante a variação da velocidade e a potência aumenta proporcionalmente com a velocidade (ex: esteiras transportadoras, pontes rolantes, guinchos pórticos, cadeira do laminador etc).
ω
ω
×==
×=
kP
C
CP
(k) constante
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
Conjugado variável (crescente com a velocidade)
Ex.: sistemas de acoplamento hidráulico ou eletromagnéticos, geradores ligados em carga de alto fator de potência
2ωωω
×=
×=×=
kP
kC
CP
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
Conjugado variável (crescente com o quadrado da velocidade)
Ex.: bombas centrífugas e ventiladores.
3
2
ωωω
×=×=×=
kP
kC
CP
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
Conjugado variável (inversamente proporcional a velocidade)
Ex.: brocas de máquinas, bobinador, desbobinador, máquinas de sonda e perfuração de petróleo.
kP
kC
CP
=
=
×=
ω
ω
10
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
Com base no que estudamos até agora, podemos tirar a primeira conclusão importante sobre a aplicação de acionamentos:
“Nunca utilizar um acionamento sem antes conhecer o tipo de carga acionada”
Deve-se levar em consideração as curvas características:
• TORQUE x VELOCIDADE
• POTÊNCIA x VELOCIDADE DO MOTOR E DA CARGA
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
Comportamento do motor de indução com variação da frequência
fn0 Hz
f≈0 até fn
U/f = constante
Enfraquecimento de campo
1 2
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
OPERAOPERAÇÇÃO ABAIXO DA ROTAÃO ABAIXO DA ROTA ÇÇÃO NOMINAL: ÃO NOMINAL:
• As perdas no cobre são resultado da corrente do motor, então a perda de potência será proporcional a carga.
• Dessa forma, se o motor gira mais lento, com a mesma corrente nominal (determinada pela carga) gerando a mesma perda de potência que ocorre em velocidades elevadas, o motor se sobreaquece, pois há um menor fluxo de ar de refrigeração disponível.
• Ventiladores e bombas centrVentiladores e bombas centr íífugasfugas : a carga normalmente diminui, conforme a velocidade se reduz, desta forma o “problema” de sobreaquecimento deixa de existir
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
• Em motores autoventilados, a redução da ventilação nas baixas rotações faz com que seja necessária a diminuição no torque demandado ou o sobredimensionamento do mesmo.
• O fator K (fator de redução de torque) leva em consideração as influências da redução da ventilação em baixas rotações, bem como das harmônicas e do enfraquecimento de campo.
• IMPORTANTE: para motores com ventilação independente, não existirá mais o problema de sobreaquecimento do motor por redução de refrigeração, podendo o mesmo ser dimensionado com a carcaça normal e potência necessária ao acionamento.
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
• Geralmente, até 50% da fn utiliza-se o fator K como redutor de potência ou, se quisermos, poderemos utilizar o Fs (fator de serviço) e/ou o aumento da classe de isolamento do motor para manter o torque constante.
• Abaixo de 50% frequência nominal, para se manter o torque constante, geralmente deve-se aumentar a relação U/f do inversor.
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
≈≈≈≈ constante
11
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
OPERAOPERAÇÇÃO ACIMA DA ÃO ACIMA DA ROTAROTAÇÇÃO NOMINAL: ÃO NOMINAL:
• Acima da frequência nominal, como já visto, como o motor funcionará com enfraquecimento de campo, a máxima velocidade estarálimitada pelo torque máximo disponível do motor e pela máxima velocidade periférica das partes girantes do motor (ventilador, rotor, mancais).
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
Curva de Torque x Frequência para uso de motor com inversor de frequência
• K = fator de redução de torque (“derating factor”)
• K está entre 0,7 a 1,0 e depende do conteúdo de harmônicas do inversor (valores típicos são de 0,8 a 0,9)A B C
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
EFEITO DA TEMPERATURA EFEITO DA TEMPERATURA
• NBR-7094: condição usual de serviço para temperatura ambiente < 40ºC
• Temparatura ambiente > 40º, utilizar Fator de Redução de potência nominal
•Fator de redução = 2% / ºC
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
EFEITO DA ALTITUDE EFEITO DA ALTITUDE
• NBR-7094: condição usual de serviço para altitude < 1000m
• altitude > 1000m, utilizar Fator de Redução de potência nominal
•Fator de redução = 1% / 100m
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
EXEMPLO PRÁTICO:
• Uma esteira transportadora necessita operar de 150 a 900 rpm. Considerando o conjugado resistente na rotação nominal igual a 1,6 kgf.m, rede de 380V, 60Hz, determine o motor para operação com inversor de frequência.
Dados:
900 rpm/60Hz
pólosf
ps
8900
60120120 =×=×=ω
kWkWP
rpmmkgfCkWP
47,19749006,1)(974
)().()(
=×=
×= ω
12
67
Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
Frequência dentro da faixa de variação de velocidade:
Hzp
f
Hzp
f
s
s
60120
8900
120
10120
8150
120
2
1
2
1
=×=×
=
=×=×
=
ω
ω
Da curva Torque x Frequência , obtemos:
9,0
5,0
22
11
=⇒
=⇒
Kf
Kf
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
Determinação do torque nominal do motor (necessidade de pleno torque a baixa velocidade):
mkgfmkgf
K
acCmotorCn .2,3
5,0
.6,1)arg()(
1
===
Através do catálogo de fabricante de motor, obtemos:
Motor de P = 4cv (3,0kW), Cn = 3,29 kgf.m, 380V, 60H z, 8 pólos (900rpm)
Valor deve ser maior!
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Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
PROVA: Marque com Verdadeiro (V) ou Falso (F)
( ) O motor acionado por inversor apresenta características detorque constante de 6 a 60Hz.
( ) O inversor apresenta em sua saída tensão constante efrequência variável.
( ) O inversor é constituído basicamente de um módulo retificador, filtro, ponte de transistores e módulo de controle
( ) O motor acionado por inversor apresenta características detorque constante acima de 60Hz
V
F
V
F
70
Inversores: Acionamentos de velocidade variInversores: Acionamentos de velocidade vari áávelvel
( ) O Toque de partida de um motor CA acionado por inversor éde aproximadamente 2,5 vezes o toque nominal do motor
( ) Para frequência abaixo de 6Hz é necessário o reforço detorque ajustado pelo aumento do fluxo de magnetização.
( ) Nunca se deve utilizar um inversor sem conhecer o tipo de carga acionada.
( ) Em aplicações com inversores, sempre que trabarmos abaixo da rotação nominal, estaremos ECONOMIZANDO energia.
( ) O motor não pode ser acionado por inversor acima de 60Hz por falta de ventilação e sobreaquecimento.
F
F
V
V
V