ACIONAMENTOS ELÉTRICOS: INVERSORES DE FREQUÊNCIA

7/27/2019 ACIONAMENTOS ELTRICOS: INVERSORES DE FREQUNCIA

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FACULDADE ASSIS GURGACZ

MAIKON LUCIAN LENZ ROBSON BARBOSA

ACIONAMENTOS ELTRICOS: INVERSORES DE FREQUNCIA

CASCAVEL 2011


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FACULDADE ASSIS GURGACZ

MAIKON LUCIAN LENZ ROBSON BARBOSA

ACIONAMENTOS ELTRICOS: INVERSORES DE FREQUNCIA

Trabalho apresentado nadisciplina de Acionamentos deMquinas Eltricas, do curso deBacharelado em Engenharia deControle e Automao, da FAG,como requisito parcial deconcluso da disciplina.

Professora: Ewerson LuizPoisk

CASCAVEL 2011


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RESUMO

Relaciona os inversores de frequncia, seu funcionamento e tipos maisconhecidos com a vasta aplicao no campo de acionamentos eltricos. Estes

equipamentos so extremamente teis no controle de velocidade de motoreseltricos e indispensveis nas plantas de automao dos dias de hoje.

Palavras -Chave: Inversor de Frequncia; Acionamentos Eltricos; Motores CA;


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S umrio

INTRODUO................................................................................................................ 5 FUNCIONAMENTO DE UM INVERSOR DE FREQUNCIA.................................... 6 MTODOS DE CONTROLE.......................................................................................... 8

Controle Escalar de Frequncia.................................................................................... 8 Controle Vetorial de Frequncia................................................................................... 9

APLICAES................................................................................................................ 11 Sistema de Ar Comprimido......................................................................................... 11

CONCLUSO................................................................................................................ 12 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS........................................................................... 13


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INTRODUO

O acionamento de mquinas eltricas moderno lida com diversos

equipamentos e acessrios capazes de otimizar o funcionamento destas, bem

como reduzir gastos, sejam estes de manuteno ou consumo. Dentre estes equipamentos, encontram -se os inversores de frequncia,

que gerando sinais em frequncias diferentes, que a recebida e padronizada

pela rede, so capazes de controlar a velocidade dos motores eltricos.

Este processo demanda um circuito de converso e retificao, alm de

microcontroladores capazes de gerar o sinal desejado pelo usurio.


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FUNCIONAMENTO DE UM INVERSOR DE FREQUNCIA

A velocidade de um motor (dada em rpm, rotaes por minuto n)

influenciada pelos seguintes fatores:

Nmero de polos ( p)

Escorregamento ( s )

Frequncia ( f )

Os quais obedecem a seguinte frmula, no caso de motores de corrente

alternada:

=2. .60 . (1 )

Obviamente se desejamos um controle malevel, no podemos alterar

as caractersticas fsicas do motor, portanto pode -se descartar o

escorregamento, e o nmero de polos (salvo motores que utilizem bobinas

duplas), restando apenas a frequncia para ser utilizada como elemento de

controle.

A tenso normalizada no Brasil de 60 hertz e para que esta possa ser

devidamente controlada se faz necessria a converso CA -CC (corrente

alternada para corrente contnua) antes de mais nada. Para tanto utilizada

um circuito retificador de onda completa como o exemplo abaixo:

Figura 1 - Retificao de onda completa

Com o sinal em corrente contnua, o restante do procedimento realizado por transistores (mais rpidos no chaveamento que tiristores, e sem a necessidade deelementos de comutao para desligar estes) acionados a partir de um sistemamicrocontrolado.


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Estes transistores podem ser BJT, IGBT ou MOSFET, o restante do esquema pode ser visto na imagem a seguir.

Figura 2 - Esquema bsico de um inversor de frequncia

O circuito PWM representado na figura 2, ir gerar sinais com diferentes

larguras de pulso que modulados a partir de uma onda portadora iro recriar a

onda senoidal na frequncia desejada.

Figura 3 - Modulao PWM

A largura do pulso dado ajustado conforme a velocidade desejada. O

sinal enviado ao motor muito prximo de um sinal senoidal.

O fato de trabalhar com um sinal de corrente contnua para gerar um novo

sinal CA, contribui ainda para que possamos desenvolver sinais que superem


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em frequncia aqueles obtidos diretamente da rede que alimenta o circuito de

entrada do inversor.

MTODOS DE CONTROLE

Existem basicamente dois tipos inversores de frequncia:

Inversores de Controle Escalar Inversores de Controle Vetorial

A diferena fundamental entre estes que o primeiro capaz de controlar apenasa velocidade do motor de forma linear, o que pode ser um problema quando se temgrandes variaes na carga utilizada e no torque necessrio, tornando- se um mtodo decontrole bastante impreciso nestas situaes.

A curva que relaciona torque e tenso difere entre os dois tipos, sendo o escalar algo mais prximo de um controle linear.

Controle Escalar de Frequncia

Apesar de bastante comum, seu uso justifica- se basicamente no custo reduzidose comparado ao controle vetorial. No entanto, este inversor controla o motor tomandocomo base os valores de tenso e frequncia, tentando manter a relao entre estesconstante, o que resulta em pouco torque em baixas rotaes j que o torque relaodireta da corrente de alimentao e a alta resistividade do motor em baixas frequnciasfaz com que em certo este no consiga mais recuperar o torque, um limite deaproximadamente 3 Hz.

De qualquer forma, este tipo de inversor pode ser utilizado muito bem para partidas suaves e/ou operaes acima da velocidade nominal do motor.


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Figura 4 - Relao Torque/Tenso para controle escalar

Caso o motor necessite de grande torque na partida, devido a grande inrcia dosistema, pode- se utilizar um procedimento para aumentar o torque aumentando a tensode sada do inversor, denominado compensao de boost.

O aumento da tenso pode compensar ainda as perdas na parcela resistiva em baixas frequncia em at 30% da frequncia nominal (compensao IxR).

Controle Vetorial de Frequncia

O inversor de frequncia vetorial trabalha de acordo com a demanda de torquedo motor, e variando constantemente a curva que relaciona torque e tenso.

Isto possvel monitorando as variveis de: Corrente de magnetizao (Im) Corrente do rotor (Ir)

Para aplicaes que exijam torque elevado e preciso em baixas rotaes, com

regulao precisa de velocidade, sem dvidas este o mtodo adequado.

comum tambm utilizar de um encoder acoplado ao eixo do motor para se ter um referncia real da velocidade que o motor est trabalhando corrigindo o erro docontrole.


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Figura 5 - Comparativo entre os elementos mais comuns de controle de velocidade


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APLICAES

Apesar de motores de corrente contnua possurem vantagens sobre

motores de corrente alternada com respeito a preciso de controle, esses por sua vez so mais leves, menores e com um grau de proteo maior,

justificando grande parte do seu uso.

Sistema de Ar Comprimido

Plantas que envolvam atuadores pneumticos, necessitam obviamente

de compressores para manter a presso em nveis aceitveis para o

funcionamento correto da mesma. Isto inclui obviamente o acionamento de um

motor conforme a demanda do sistema.

No entanto, se a planta possuir muitas variaes no procedimento, um

compressor que funcione continuamente poderia atingir nveis de presso

maiores que o necessrio, ou em outra hiptese desliga -lo em perodos de

pouca demanda poderia resultar em oscilaes indesejveis, sem mencionar o

custo de partir diversas vezes um motor, j que estes possuem um consumo

muito maior inicialmente devida a inrcia envolvida.

Para solucionar esta situao podem ser utilizados inversores de

frequncia para que o compressor trabalhe conforme a demanda da planta,

aumentando ou diminuindo a velocidade de compresso deste.


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CONCLUSO

Os inversores de frequncia so de grande serventia nas plantas atuais, para no

dizer indispensveis.

Com eles pudemos evoluir tanto em termos de controle de velocidade, quantoem economia de energia.

Com o advento dos inversores de frequncia de controle vetorial em detrimentodos escalares, est necessidade ficou ainda mais evidente, j que houve uma grandeevoluo na compensao de torque que era ainda um dos obstculos enfrentados por este tipo de controle.


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REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

[1] Faculdade de Tecnologia Alvarez de Azevedo.Inversores de Frequncia Descrio do Funcionamento. Disponvel em:. Acesso em: 30 nov.de 2011.

[2] EJM.CONVERSORES DE FREQNCIA E SOFT STARTERS.Disponvelem: Acesso em: 30 de nov. de 2011.

[3] BIM, E.MQUINAS ELTRICAS E ACIONAMENTOS.Rio de Janeiro:Campus, 2009.

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