Guia Aplicacoes Inversores

Guia de Aplicação deInversores de FreqüênciaGuia de Aplicação deInversores de Freqüência

Transformando energiaem soluções

GUIA DEAPLICAÇÃO DE

INVERSORES DEFREQÜÊNCIA

GUIA DEAPLICAÇÃO DE

INVERSORES DEFREQÜÊNCIA

WEG AUTOMAÇÃOwww.weg.com.br

AUTORIAAUTORIAAUTORIAAUTORIAAUTORIA

AUTORIA:

“Este ‘Guia de Inversores deFreqüência’ foi escrito pelos M. Engo.José M. Mascheroni (coordenação dotrabalho e criação dos capítulos 2, 4, 6 e8), M. Engo. Marcos Lichtblau e Enga.Denise Gerardi (capítulo 7 e o Anexo 1),todos integrantes da ISA EngenhariaLtda. – Florianópolis / SC.

Os capítulos 1, 3 e 5 foramescritos utilizando-se materiaisfornecidos pela Weg e revisados pelocoordenador.

Coube à Weg a criação doscapítulos 9, 10, Anexos 2, 3 e 4, comotambém a revisão técnica do mesmo.”

1.1 Sistemas de velocidade variável ______________ 091.2 Sistemas de variação de velocidade

tradicional _______________________________ 121.2.1 Variadores mecânicos _________________ 13

• Variador com polias cônicas e correia ___ 13• Variador com polias cônicas e corrente __ 14• Variador com discos de fricção _________ 14

1.2.2 Variadores hidráulicos _________________ 14• Motor hidráulico ____________________ 14• Variador hidrocinético _______________ 15

1.2.3 Variadores eletromagnéticos - Embreagenseletromagnéticas _____________________ 15

2.1 Princípios básicos de funcionamento __________ 192.2 Análise de funcionamento ___________________ 232.3 Curvas características do motor de indução _____ 25

2.3.1 Torque x velocidade ___________________ 252.3.2 Corr ente x velocidade _________________ 26

2.4 Potência e perdas __________________________ 262.5 Características de temperatura – classes de

isolamento térmico _________________________ 272.6 Tempo de rotor bloqueado ___________________ 28

3.1 Categorias de partida _______________________ 333.2 Formas de partida _________________________ 34

• Partida direta ____________________________ 34• Partida estrela-triângulo ___________________ 35• Partida eletrônica (soft-starter) ______________ 36

3.3 Frenagem ________________________________ 383.3.1 Frenagem por contra-corrente __________ 383.3.2 Frenagem por injeção de CC ____________ 40

3.4 Vantagens e desvantagens dos métodos departida __________________________________ 41

4.1 Métodos de controle dos inversores defreqüência ________________________________ 50• Controle escalar __________________________ 50• Controle vetorial _________________________ 54

4.2 Característica s dos motores de induçãoaciona dos com inversores de freqüência________ 57

ÍNDICEÍNDICE1

INTRODUÇÃO

2

COMO FUNCIONA UMMOTOR DE INDUÇÃO?

3

MÉTODOS DE COMANDODE UM MOTOR DEINDUÇÃO

4

O INVERSOR DEFREQÜÊNCIA WEG

5.1 Parâmetros de leitura _______________________ 625.2 Parâmetros de regulação ____________________ 635.3 Parâmetros de configuração _________________ 665.4 Parâmetros do motor _______________________ 725.5 Parâmetros das funções especiais _____________ 72

6.1 Sensores de posição e velocidade _____________ 786.2 Medição de velocidade _____________________ 80

6.2.1 Algoritmo de estimação de freqüência ____ 816.2.2 Algoritmo de estimação do período ______ 816.2.3 Algoritmo de estimação simultânea de

período e freqüência __________________ 826.3 Ruído s ___________________________________ 826.4 Sincronização de velocidade _________________ 83

7.1 Introdução, definiçõ es, fundamentos eprincípios ________________________________ 877.1.1 Defini ções __________________________ 877.1.2 Relações básicas _____________________ 88

7.2 O que a carga requer? ______________________ 927.2.1 Tipos de cargas ______________________ 927.2.2 O pico de carga ______________________ 947.2.3 Estimando cargas ____________________ 95

7.3 Seleção de acionamentos (motor/inversor) ______ 967.3.1 Operação abaixo da rotação nominal ____ 96

• Motor autoventilado_________________ 96• Motor com ventilação independente ____ 98

7.3.2 Operação acima da rotação nominal _____ 997.3.3 Casos especiais ____________________ 100

• Efeito da temperatura ambiente _____ 100• Efeito da altitude _________________ 101

7.4 Aplicaç ões típicas ________________________ 102• Bombas centrífugas e ventiladores _________ 102• Extru soras ____________________________ 105• B obinado res/desbobinadores _____________ 106

8.1 Rede de alimentação elétrica ______________ 1128.2 Fusíveis ________________________________ 1128.3 Condicionamento da rede de alimentação ____ 1128.4 Interferência eletromagnética (EMI) _________ 1138.5 Cabos _________________________________ 1168.6 Aterramento ____________________________ 1188.7 Dispositivo s de saída _____________________ 1198.8 Instalação em painéis – princípios básicos ___ 120

5

PARÂMETROS DOINVERSOR DEFREQÜÊNCIA

6

COMANDO E CONTROLEDE VELOCIDADE EMMOTORES DE INDUÇÃOACIONADOS PORINVERSORES DEFREQÜÊNCIA

7

APLICAÇÃO DEACIONAMENTOS COMMOTORES DE INDUÇÃOE INVERSORES DEFREQÜÊNCIA

8

INSTALAÇÃO DEINVERSORES DEFREQÜÊNCIA

9.1 Introdução _____________________________ 1259.2 Inversor de freqüência CFW-08 _____________ 127

• Recursos / Funções especiais ______________ 130• Superdrive ____________________________ 130• Interface homem-máquina _______________ 130

9.3 Inversor de freqüência CFW-09 _____________ 131• Interface homem x máquina ______________ 134• Superdrive ____________________________ 135• Co dificação ___________________________ 138• Acessórios e periféricos __________________ 142

10.1 Introdução _____________________________ 14710.2 Princípio de funcionamento ________________ 147

• Circuito de potência _____________________ 148• Circuito de controle _____________________ 149

10.3 Principais características __________________ 14910.3.1 Principai s funções __________________ 149

• Rampa de tensão na aceleração _____ 149• Rampa de tensão na desaceleração ___ 150• Kick start ________________________ 151• Limitação de corrente ______________ 152• Pump control _____________________ 153• Economia de energia ______________ 154

10.3.2 Proteções _________________________ 15510.3.3 Acionamentos típicos _______________ 158

10.4 Principai s aplicações para soft-starter _______ 16410.5 Critério s para dimensionamento ____________ 17010.6 Considerações importantes ________________ 18310.7 Introdução - Soft-starter SSW-03 Plus / SSW-04 18610.8 Soft-starter SSW-05 ______________________ 195

1 Momento de inércia de formas simples _______ 2012 Teorema dos eixos paralelos _______________ 2033 Momento de inércia de formas compostas ____ 2044 Momento de inércia de corpos que se movem

linearmente _____________________________ 2055 Transmissão mecânica ____________________ 2056 Exemplos de cálculos de momento de inércia

de massa _______________________________ 2066.1 Cálculo do momento de inércia de massa _ 2066.2 Cálculo do momento de inércia total _____ 207

1 Introdução _____________________________ 2112 Distorção harmônica _____________________ 212

2.1 Origens ____________________________ 2122.2 Defini ções __________________________ 2132.3 Obtenção das harmônicas de corrente ___ 215

3 Normas relacionadas _____________________ 2164 Alternativas para correção do fator de

potência e redução de correntes harmônicas __ 218

9

LINHA DE INVERSORESDE FREQÜÊNCIA WEG

10

SOFT-STARTER

ANEXO 1

CÁLCULO DO MOMENTODE INÉRCIA DE MASSA

ANEXO 2

CORREÇÃO DE FATORDE POTÊNCIA EREDUÇÃO DADISTORÇÃOHARMÔNICA

4.1 Capacitores _________________________ 2184.2 Reatância de rede e bobina CC _________ 2184.3 Filtros sintonizados __________________ 2204.4 Filtros “broad-band” _________________ 2214.5 Filtros ativos ________________________ 2224.6 Retificadores de 12 e 18 pulsos _________ 2244.7 Retificadores com IGBTs _______________ 225

4.7.1 Inversores de freqüência comentrada monofásica ____________ 225

4.7.2 Inversores de freqüência comentrada trifásica _______________ 225

4.8 Filtros de corrente do neutro ___________ 2264.9 Transformadores defasadores ___________ 227

5 Concl usão _____________________________ 228

Inversores de freqüência - CFW-09Folha de dados para dimensionamento __________ 231

Soft- starterFolha de dados para dimensionamento __________ 235

Referências Biblio gráficas _____________________ 237

ANEXO 3

CHECK-LIST PARADETALHAMENTO DAAPLICAÇÃO- CFW-09

ANEXO 4

CHECK-LIST PARADETALHAMENTO DAAPLICAÇÃO- SOFT-STARTER

1INTRODUÇÃO

1.1 Sistemas de velocidade variável

1.2 Sistemas de variação de velocidadetradicionais1.2. 1 Variadores mecânicos

l Variador de polias cônicas e correia

l Variador com polias e corrente

l Variador com discos de fricção

1.2. 2 Variadores hidráulicos

l Motor hidráulico

l Variador hidrocinético

1.2. 3 Variadores eletromagnéticos - Embreagens eletromagnéticas

9

Um acionamento elétrico é um sistema capaz deconverter energia elétrica em energia mecânica(movimento), mantendo sob controle tal processo deconversão. Estes são normalmente utilizados paraacionar máquinas ou equipamentos que requeremalgum tipo de movimento controlado, como porexemplo a velocidade de rotação de uma bomba.

Um acionamento elétrico moderno é formadonormalmente pela combinação dos seguinteselementos:

l Motor ................................ converte energia elétricaem energia mecânica

l Dispositivo eletrônico ..... comanda e/ou controla apotência elétricaentregue ao motor

l Transmissão mecânica ... adapta a velocidade einércia entre motor emáquina (carga)

Os motores mais amplamente utilizados nosacionamentos elétricos são os motores de induçãomonofásicos e trifásicos.

Estes motores, quando alimentados com tensão efreqüência constantes, sempre que não estejamoperando a plena carga (potência da carga igual apotência nominal do motor) estarão desperdiçandoenergia.

É importante ressaltar também o fato de que ummotor de indução transforma em energia mecânicaaproximadamente 85% de toda a energia elétrica querecebe e que os 15% restantes são desperdiçados,sendo assim o acionamento elétrico de máquinas umassunto de extraordinária importância no que serefere a economia de energia.

Durante muitos anos, as aplicações industriais develocidade variável foram ditadas pelos requisitos dosprocessos e limitadas pela tecnologia, pelo custo, pelaeficiência e pelos requisitos de manutenção doscomponentes empregados.

Os sistemas mais utilizados para variação develocidade foram por muito tempo implementadoscom motores de indução de velocidade fixa, como

INTRODUÇÃO

1.1 SISTEMAS DEVELOCIDADEVARIÁVEL

1

10

primeiro dispositivo de conversão de energia elétricapara energia mecânica. Para a obtenção de velocidadevariável o sistema necessitava de um segundodispositivo de conversão de energia que utilizavacomponentes mecânicos, hidráulicos ou elétricos.

Com a disponibilidade no mercado dos semicondutoresa partir dos anos 60 este quadro mudoucompletamente. Mas foi mesmo na década do 80 que,com o desenvolvimento de semicondutores de potênciacom excelentes características de desempenho econfiabilidade, foi possível a implementação desistemas de variação de velocidade eletrônicos. Odispositivo de conversão de energia elétrica paramecânica continuou sendo o motor de indução masagora sem a utilização de dispositivos secundáriosmecânicos, hidráulicos ou elétricos. Em muitos casos aeficiência das instalações equipadas com estes novosdispositivos chegou a ser duplicada quando comparadacom os sistemas antigos.

Estes sistemas de variação continua de velocidadeeletrônicos proporcionam, entre outras, as seguintesvantagens:

l Economia de energial Melhoramento do desempenho de máquinas e

equipamentos, devido a adaptação da velocidade aos requisitos do processo

l Elimina o pico de corrente na partida do motorl Reduz a freqüência de manutenção dos

equipamentosl Etc.

Estes novos dispositivos elet rônicos para variação develocidade de motores de indução são conhecidoscomo Inversores de Freqüência . Trataremos nesteguia de descrever o funcionamento e aplicações dosinversores de freqüência. Com este Guia, a WEG nãotem a pretensão de esgotar o assunto, pois ele serenova a cada dia que passa. Temos como objetivomaior fornecermos maiores conhecimentos emcomando e proteção de motores elétricos de induçãoutilizando-se inversores de freqüência.

A aplicação de motores de indução tem se regidohistoricamente pelas características descritas na placade identificação do motor.

INTRODUÇÃO1

11

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ca d

e Id

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icaç

ão(m

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Pla

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Pla

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tino)

Exemplo:

Figura 1.1

INTRODUÇÃO1

12

Na aplicação dos inversores de freq üência o motor deindução, ao contrário do que acontece quando ligadodiretamente à rede de distribuição de energia elétrica,é alimentado com freqüência e tensão variável. Istopossibilita, como veremos neste guia, obter velocidadevariável no eixo do próprio motor.

É muito importante, assim, conhecer e entender ofuncionamento destes sistemas (motor + inversor) paraprevenir erros de aplicação que poderiam acabar comos benefícios que estes dispositivos proporcionam.

Os técnicos ou engenheiros e nvolvidos com aplicaçõesde velocidade variável não precisam de conhecimentossobre o projeto de motores e projeto de sistemaseletrônicos de comando/controle, mas sim sobre ofuncionamento e utilização dos mesmos. As dúvidasmais freqüentes podem resumir-se nas seguintesperguntas:

• Como funciona meu motor?• Como o motor se comporta ante uma determinada

carga?• Como eu posso melhorar/otimizar o funcionamento

do meu motor e carga?• Como eu posso identificar problemas no meu

sistema?

Este guia tem por intenção, fornecer, mesmo parapessoas sem experiência no assunto, informações sobreo funcionamento dos modernos sistemas de velocidadevariável disponíveis e como eles se comportam antediferentes cargas, tentando assim responder asperguntas formuladas anteriormente.

Muitos processos industriais requerem dispositivos deacionamento de cargas com velocidade variável.

Exemplos:

· Bombas ð variação de vazão de líquidos· Ventiladores ð variação de vazão de ar· Sistemas de transporte ð variação da velocidade

de transporte• Sistemas de dosagem ð variação da velocidade

de alimentação• Tornos ð variação da velocidade de corte

1.2 SISTEMAS DE VARIAÇÃODE VELOCIDADETRADICI ONAIS

INTRODUÇÃO1

13

• Bobinadeiras ð compensação da variação dediâmetro da bobina.

Os sistemas de variação de velocidade tradicionaisempregavam motores de indução como dispositivoprimário de conversão de energia. Como sabemosestes motores quando alimentados diretamente darede de distribuição de energia elétrica possuem umacaracterística de velocidade constante. É assim quepara se obter velocidade variável eram necessáriosadicionalmente outros dispositivos, que podem ser:

• Variadores mecânicos• Variadores hidráulicos• Variadores eletromagnéticos

Os primeiros sistemas utilizados para se obter umavelocidade diferente das velocidades que erampossíveis utilizando motores de indução foram ossistemas mecânicos, pois são os de maior simplicidadede construção e baixo custo.

l Variador com polias cônicas e correiaCada uma das polias cônicas é constituída de doispratos cônicos, montados um de frente para o outro,sobre um eixo ranhurado, que podem se aproximarou se afastar. O prato de uma das polias é acionadopelo dispositivo de variação, e o prato da outra épressionado por uma mola. O fluxo de força étransmitido por fricção entre os discos das polias e acorreia, que tem uma seção transversal trapezoidal. Afaixa de variação de velocidade máxima é de 1:8neste tipo de variador.

Figura 1.2 - Variador com polias cônicas e correia

1.2.1 Variadores Mecânicos

INTRODUÇÃO1

14

l Variador com polias cônicas e correnteIdem ao anterior, somente com uma corrente ao invésde correia.

l Variador com discos de fricçãoNos variadores com discos de fricção o fluxo de força étransmitido por fricção entre um par de discos,construídos com materiais de grande resistência àpressão superficial e ao desgaste, e de alto coeficientede atrito. A pressão de contato necessária paratransmitir a potência entre o eixo de entrada e o eixode saída se auto-regula em função do torquetransmitido. Um dispositivo de variação desloca um dosdiscos, variando a relação de transmissão. A faixa devariação de velocidade máxima neste tipo de variadoré de 1:5.

l Motor HidráulicoEste método permite variação contínua de velocidade.O motor hidráulico de deslocamento positivo éprojetado e desenvolvido para converter a potênciahidráulica de um fluído em potência mecânica. Estaconversão é feita através de um dispositivo deengrenagens planetárias ou através de acionamentode pistões com controle efetuado por válvulas e quepermite se obter as seguintes características:

n Baixa rotação (5 a 500 rpm aproximadamente)n Elevado torquen Permite rotação nos dois sentidosn Motores de baixa potêncian Baixo custo

Para o acionamento dos motores hidráulicos énecessário que se tenha um sistema hidráulico a

1.2.2 Variadores Hidráulicos

Figura 1.3 - Variadores com discos de fricção

INTRODUÇÃO1

15

disposição (tubulações, bombas, motores elétricosauxiliares), que faz com que, em uma análise globaldo conjunto, o sistema tenha um rendimento baixo eum nível de manutenção elevado pela existência devárias partes mecânicas. O controle da variação develocidade do motor é feita através da vazão do fluidoinjetado no motor (quant o maior a vazão, maior avelocidade) que é feito através de válvulas deestrangulament o no circuito hidráulico, ocasionandoperdas elevadas.

l Variador HidrocinéticoEste método permite variação contínua de velocidade.O sistema consiste basicamente em um variador develocidade de princípio hidrocinético, composto deum eixo de entrada, de rotação fixa, e de um eixo desaída, cuja rotação pode variar linearmente de zeroaté uma rotação muito próxima à do eixo de entrada.O princípio de operação pode ser demonstrado peloseguinte:

Colocando-se dois ventiladores frente a frente efazendo-se a hélice de um deles girar, a hélice dosegundo vent ilador irá começar a girar também aoreceber a corrente de ar. Se não houvesse perdas, arotação do segundo ventilador seria praticamente amesma que a do v entilador acionador. Agora secolocarmos entre os dois ventiladores uma folha depapelão, poderemos diminuir ou aumentar a rotaçãodo segundo ventilador conforme o desejado, emfunção do fluxo de ar existente.

No variador hidráulico, no lugar de ar usa-se óleocomo fluido, e em vez das hélices, são usados discosaletados que são alojados em uma caixa fechada,montada sobre dois eixos independentes.

Com os variadores eletromagnéticos mudou-se oconceito de variação exclusivamente mecânica paravariação eletromecânica, através de técnicas baseadasno princípio físico das correntes de Foucault,utilizando um sistema de discos acoplados a bobinasque podem ter o seu campo magnético variável,variando-se assim o torque (e também a velocidade)na saída do variador. Algumas limitações devem serobservadas para a aplicação deste equipamento:

1.2.3 VariadoresEletromagnéticos -EmbreagensEletromagnéticas

INTRODUÇÃO1

16

n A rotação máxima de saída é sempre a nominal domotor, nunca além desta;

n Aqui também o motor sempre estará girando narotação nominal, independente da rotação desejadano eixo de saída. Isto proporciona um consumoinadequado (desperdício de energia), quando seopera em rotações abaixo da rotação nominal;

n rendimento deste tipo de acionamento é muitobaixo, pois apresenta perdas por aquecimento eruído;

n As manutenções preventivas e corretivas sãofreqüentes, pois existem muitas partes girantes asquais necessitam de ajustes constantes esubstituições periódicas.

Tabela Comparativa dos Sistemas de Variação de Velocidade Tradicionais

Polias Variadoras Hidráulico Eletromecânico

Faixa de variação de velocidade pequena (1 a 4 máx.) grande média

Limite de potência baixo elevado

Eficiência baixa baixa baixa

Custo baixo elevado baixo

Pontos fortes partida suave

Pontos fracos Escorregamento Vazamentos

Manutenção difícil Manutenção difícil

INTRODUÇÃO1

2COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO

2.1 Princípios básicos de funcionamento

2.2 Análise de funcionamento

2.3 Curvas características do motor deindução2.3. 1 Torque x velocidade

2.3. 2 Corrente x velocidade

2.4 Potência e perdas

2.5 Características de temperatura - classesde isolamento térmico

2.6 Tempo de rotor bloqueado

19

Para compreender o funcionamento de um Inversorde Freqüência é de fundamental importânciaentender primeiro como funciona um motor deindução. Para começar enunciaremos os princípiosfísicos básicos da conversão de energia elétrica emenergia mecânica.

1. Uma corrente circulando por um condutor produzum campo magnético, representado na figura 2.1pelas linhas circulares chamadas de linhas deindução magnética. No centro da figura seencontra o condutor e as linhas circulares em voltasão uma representação gráfica do campomagnético gerado pela corrente.

Figura 2.1

2. Se um condutor é movimentado dentro de umcampo magnético, aparecerá uma tensão induzidaentre os terminais do condutor, proporcional aonúmero de linhas de indução cortadas por segundo(figura 2.2). Se o dito condutor forma um circuitofechado, circulará por ele uma corrente elétrica.

Figura 2.2

COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO?2

2.1 PRINCÍPIOSBÁSICOS DEFUNCIONAMENTO

20

Figura 2.4

3. Dois condutores adjacentes (a e b) pelos quais estácirculando uma corrente elétrica (i a e i b) produzemcada um deles um campo magnético (Item 1). Ainteração entre estes dois campos magnéticosproduzirá uma força (F) de atração ou repulsãoentre os condutores (figura 2.3), proporcional àcorrente que circula por ambos condutores e àdistância (d) entre eles.

Figura. 2.3

4. Um bobinado polifásico, igual ao mostrado na figura2.4, alimentado por um sistema de tensões trifásico(figura 2.5) produzirá um campo magnético girante(figura 2.6). Este princípio é similar ao visto nafigura 2.1, com a diferença que neste o campomagnético é estático.


21

Figura 2.5

Na figura 2.6, os pontos identificados com osnúmeros Å...á correspondem aos momentos emque a tensão de uma das três fases é igual a zero.Desta maneira é mais fácil fazer a composição dosvetores de indução magnética para cada instante.Na figura pode-se ver que a resultante destesvetores está girando (campo girante) com umavelocidade proporcional a freqüência e ao númerode pólos do motor.

Figura 2.6


22

5. A velocidade do campo girante descritoanteriormente, chamada de velocidade síncrona, éproporcional à freqüência do sistema de tensõestrifásico e ao número de pólos do bobinado.

Velocidade do campo girante [rpm]= (freqüência [1/s] x 120 ) / n° de pólos

6. Torque: força aplicada num eixo, que provocará arotação do mesmo (figura 2.7).

Torque [Kgm]= força [Kg] x distância [m]

Figura 2.7

Os motores de indução mais utilizados na indústriasão os chamados motores de gaiola trifásicos(figura 2.8 - rotor e estator).


1

23

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Figura 2.8

NÚCLEO DECHAPAS

BARRAS DEANÉIS DE

CURTO-CIRCUITO

NÚCLEO DECHAPAS

VENTILADOR

PROTEÇÃO DOVENTILADOR

CAIXA DELIGAÇÃO

EIXO

TAMPAS

CARCAÇA

ENTROLAMENTOTRIFÁSICO

ROLAMENTOS

TERMINAIS

23

Estator: Carcaça (1), Núcleo de Chapas (2),Enrolamento trifásico (8)Rotor: Eixo (7), Núcleo de chapas (3), Barras eanéis de curto-circuito (12)Outras partes: Tampas (4), Ventilador (5),Proteção do ventilador (6), Caixa de ligação (9),Terminais (10), Rolamentos (11).

Nestes motores o rotor é fabricado com espiras emcurto-circuito formando uma verdadeira gaiola. Oestator é formado por três bobinas (bobinadotrifásico), com pares de pólos em cada fase.

Para análise de funcionamento pode se considerar omotor de indução como um transformador, onde oenrolamento primário deste transformador é formadopelo estator e o enrolamento secun dário pelo rotor. Opróprio nome “motor de indução” se deve ao fato deque toda a energia requerida pelo rotor para ageração de torque é “induzida” pelo primário dotransformador (estator) no secundário (rotor).

Como existem dois campos magnéticos, um no estatore outro no rotor, e como descrito no item 3, apareceráuma força entre o rotor e o estator que fará com que orotor gire, já que é o único que pode se movimentarpois está montado sobre rolamentos, disponibilizandoassim energia mecânica (torque) no seu eixo.

Para facilitar o entendimento do funcionamento domotor de indução dividiremos o estudo em três casoshipotéticos:

CASO 1Primeiramente consideraremos um motor de doispólos com o “rotor bloqueado”, isto significa queatravés de algum dispositivo mecânico impediremosque o eixo do motor (rotor) gire. Nesta condição, seaplicarmos tensão trifásica com freqüência de 60Hznos terminais do bobinado do estator, este produziráum campo magnético girante com velocidade de3600 rpm (item 5). As linhas de indução deste campomagnético “cortarão” as espiras do rotor comvelocidade máxima induzindo assim a máxima tensãonas espiras do rotor, e como estas estão em curto-circuito, circulará também a máxima corrente porelas. Como toda a energia produzida no rotor tem de


2.2 ANÁLISE DEFUNCIONAMENTO

24

ser “induzida” pelo estator, circulará no bobinado doestator uma corrente elevada (6 a 8 vezes maior que acorrente nominal do motor).

Se esta condição for mantida por mais que algunssegundos os fios do bobinado do estator irão esquentarde forma indevida, podendo até danificar (queimar) obobinado, pois não foram projetados para suportar estacorrente por um período de tempo grande.

CASO 2Agora vamos para o outro extremo. Vamos supor que orotor do motor possa girar exatamente à velocidade de3600 rpm. Neste caso as linhas de indução do campomagnético girante produzido pelo estator “nãocortarão” as espiras do rotor pois os dois estão girandocom mesma velocidade. Sendo assim não haverátensão induzida, nem corrente, nem geração de campomagnético.

Para a produção de energia mecânica (torque) nomotor é necessária a existência de dois camposmagnéticos, sendo assim, não haverá torque no eixo domotor.

CASO 3Vamos supor agora que, nas mesmas condições do Caso2, baixamos a velocidade do rotor do motor para 3550rpm. O campo magnético girante tem uma velocidadede 3600 rpm, é assim que as linhas de indução docampo magnético girante do est ator “cortarão” asespiras do rotor com uma velocidade de 50 rpm (3600rpm – 3550 rpm = 50 rpm), produzindo uma tensão euma corrente induzida no rotor. A interação entre osdois campos magnéticos, o do estator e o do rotor,produzirão uma força, que pela sua vez produzirátorque no eixo do motor.

A diferença entre a velocidade síncrona (3600 rpm) e avelocidade do rotor é conhecida como“escorregamento”.

Escorregamento = velocidade síncrona – velocidadedo rotor

S = (N s – N)––––––––––––––––––

Ns


25

Descritas estas três condições, podemos agoraimaginar o que acontece na prática com nosso motorde indução.

Na partida acontece algo similar ao descrito no caso1, mas na prática a diferença do rotor bloqueado docaso 1 nosso motor pode girar livremente. Sendoassim circulará no bobinado do estator uma correnteelevada (6 a 8 vezes maior que a corrente nominal domotor) que diminuirá a medida que a velocidade domotor aumenta.

Quando a velocidade do rotor se aproxima davelocidade síncrona (caso 2) o torque produzidodiminuirá, fazendo diminuir também a velocidade dorotor. Existirá então um ponto de equilíbrio entre acarga do motor e a velocidade do rotor (caso 3).

Se a carga no eixo do motor aumenta, a velocidade dorotor tenderá a diminuir, e o escorregamentoaumentará. Se o escorregamento aumenta avelocidade com que as linhas de indução do campomagnético do rotor “cortam” o estator aumentará,aumentando também a tensão e corrente induzida norotor. Se a corrente é maior, o campo magnéticogerado por esta também será maior, aumentandoassim o torque disponível no eixo do motor, chegandonovamente numa condição de equilíbrio. Se o torquerequerido pela carga é maior que o nominal do motor,e se esta condição é mantida por muito tempo, acorrente do motor será maior que a nominal e o motorserá danificado.

É a curva que mostra a relação entre o torquedesenvolvido pelo motor e a su a rotação. Na partida,quando o motor é ligado diretamente à rede, o torque(torque de partida) será de aproximadamente 2 a 2,5vezes o torque nominal, diminuindo a medida que avelocidade aumenta até atingir um valor de 1,5 a 1,7do torque nominal a aproximadamente 30% davelocidade nominal. A medida que a velocidadeaumenta o torque aumenta novamente até atingir oseu valor máximo (80% da velocidade nominal)chegando a seu valor nominal na velocidade nominal.Como mostra a curva (linha cheia) da figura 2.9.


2.3 CURVASCARACTERÍSTICASDO MOTOR DEINDUÇÃO

2.3.1 Torque x Velocidade

26

É a curva (linha tracejada da figura 2.9) que mostra arelação entre a corrente consumida pelo motor emfunção da sua velocidade. A figura mostra que napartida, quando o motor é ligado diretamente à rede, acorrente que circula por ele será 5 a 6 vezes maior quea corrente nominal, diminuindo a medida que avelocidade aumenta até atingir um valor estacionáriodeterminado pela carga acoplada ao motor. Se a cargafor a nominal a corrente será também a correntenominal.

Figura 2.9 - Curva Torque x Velocidade e Corrente x Velocidade paramotores de indução de rotor em gaiola alimentados com tensão efreqüência constantes

Na placa de identificação do motor existe umparâmetro chamado de rendimento e identificado pelaletra grega η. Este parâmetro é uma medida daquantidade de potência elétrica transformada pelomotor em potência mecânica. A potência transmitida àcarga pelo eixo do motor é menor que a potênciaelétrica absorvida da rede, devido às perdas no mot or.Essas perdas podem ser classificadas em:

2.3.2 Corrente x Velocidade

2.4 POTÊNCIA E PERDAS


27

n perdas no enrolamento estatórico (perdas nocobre);

n perdas no rotor;n perdas por atrito e ventilação;n perdas magnéticas no núcleo (perdas no ferro);

Sendo o motor de indução uma máquina robusta e deconstrução simples, a sua vida útil depende quaseexclusivamente da vida útil da isolação do bobinado eda vida mecânica dos rolamentos. Vida útil da isolaçãorefere-se ao envelhecimento gradual do isolante, nãosuportando mais a tensão aplicada e produzindocurto-circuito entre as espiras do bobinado.

Para fins de normalização, os materiais isolantes e ossistemas de isolamento (cada um formado pelacombinação de vários materiais) são agrupados emCLASSES DE ISOLAMENTO, cada qual definida pelorespectivo limite de temperatura, ou seja, pela maiortemperatura que o material pode suportarcontinuamente sem que seja afetada sua vida útil. Asclasses de isolamento utilizadas em máquinas elétricase os respectivos limites de temperatura conformenorma NBR-7094, são mostradas na tabela a seguir:

Tabela 2.1 - Classes de isolamento

CLASSE TEMPERATURA (°C)

A 105

E 120

B 130

F 155

H 180

As classes B e F são as freqüentemente utilizadas.

O sistema de isolamento convencional dos motores,que tem sido ut ilizado com sucesso em todos os casosde alimentação com fontes senoidais tradicionais (50/60Hz) pode não atender os requisitos necessários seos mesmos forem alimentados por outro tipo de fonte.É o caso dos motores alimentados por inversores defreqüência. Atualmente, com a ut ilizaçãogeneralizada destes equipamentos, o problema dorompimento da isolação provocado pelos altos picosde tensão decorrentes da rapidez de crescimento dos


2.5 CARACTERÍSTICASDE TEMPERATURA -CLASSES DEISOLAMENTOTÉRMICO

28

pulsos gerados pelo inversor, bem como a altafreqüência com que estes são produzidos, obrigou aimplementar melhorias no isolamento dos fios e nosistema de impregnação, afim de garantir a vida dosmotores. Estes motores com isolamento especial sãochamados de ”Inverter Duty Motors”.

Tempo de rotor bloqueado é o tempo necessário paraque o enrolamento da máquina, quando percorridopela sua corrente de partida, atinja a sua temperaturalimite, partindo da temperatura em condições nominaisde serviço e considerando a temperatura ambiente noseu valor máximo.

Este tempo é um parâmetro que depende do projetoda máquina. Encontra-se normalmente no catálogo ouna folha de dados do fabricante. A tabela abaixomostra os valores limites da temperatura de rotorbloqueado, de acordo com as normas NEMA e IEC.

2.6 TEMPO DE ROTORBLOQUEADO

Tabela 2.2 - Temperatura limite de rotor bloqueado

CLASSE TEMP ERATURA MÁXIMA (°C)DE ∆Tmáx(°C)

ISOLAMENTO NEMA MG1.12.53 IEC 79.7

B 175 185 80

F 200 210 100

H 225 235 125


29

Para partidas com tensão reduzida o tempo de rotorbloqueado pode ser redefinido como segue:

trb = t b x ( U n / U r )2

Onde:trb = Tempo de rotor bloqueado com tensão

reduzida

tb = Tempo de rotor bloqueado à tensãonominal

Un = Tensão nominal

U r = Tensão reduzida

Outra forma de se redefinir o tempo de rotorbloqueado é através da utilização da correnteaplicada ao motor, como segue:

Ipn

trb = t b . ( –––––– )²Ipc

Onde:trb = Tempo de rotor bloqueado com corrente

reduzida

tb = Tempo de rotor bloqueado à correntenominal

Ipn = Corrente de partida direta do motor

Ipc = Corrente de partida do motor comcorrente reduzida

Geralmente, I pn é obtido de catálogos e possui o valorem torno de 6 a 8 vezes a corrente nominal do motor,e Ipc depende do mét odo de partida do motor. Se porexemplo esta partida for do tipo estrela-triângulo ovalor da corrente será de aproximadamente 1/3 dacorrente de partida.


3MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DEINDUÇÃO

3.1 Categorias de Partida

3.2 Formas de Partidal Partida direta

l Partida estrela-triângulo

l Partida eletrônica (soft-starter)

3.3. Frenagem3.3. 1 Frenagem por contra-corrente

3.3. 2 Frenagem por injeção de CC

3.4 Vantagens e desvantagens dos métodosde partidal Partida direta

l Partida estrela-triângulo

l Partida eletrônica (soft-starter)

33

Os métodos de comando de um motor de indução, sãoimplementados com equipamentos eletromecânicos,elétricos e eletrônicos. Estes equipamentos permitemacelerar (partir) e desacelerar (frenar) o motor deacordo com requisitos impostos pela carga,segurança, concessionárias de energia elétrica, etc.

Conforme as suas características de torque em relaçãoà velocidade e corrente de partida, os motores deindução trifásicos com rotor de gaiola, sãoclassificados em categorias, cada uma adequada a umtipo de carga. Estas categorias são definidas emnorma (NBR 7094), e são as seguintes:

a) CATEGORIA NConstituem a maioria dos motores encontrados nomercado e prestam-se ao acionamento de cargasnormais, como bombas, máquinas operatrizes, eventiladores.

b) CATEGORIA HUsados para cargas que exigem maior torque napartida, como peneiras, transportadorescarregadores, cargas de alta inércia, britadores, etc.

c) CATEGORIA DUsados em prensas excêntricas e máquinassemelhantes, onde a carga apresenta picos periódicos.Usados também em elevadores e cargas quenecessitam de torques de partida muito altos ecorrente de partida limitada.

MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO3

3.1 CATEGORIAS DEPARTIDA

Tabela 3.1 - Características das categorias de partida direta

Categorias Torque Corrente Escorregamentode partida de partida de partida

N Normal Normal Baixo

H Alto Normal Baixo

D Alto Normal Alto

As curvas torque x velocidade das diferentes categorias estão mostradas na figu ra 3.1.

34


3.2 FORMAS DE PARTIDA

Figura 3.1 - Curvas características de torque em função da categoria domotor (partida direta)

l PARTIDA DIRETAA maneira mais simples de partir um motor de induçãoé a chamada partida direta, aqui o motor é ligado à

rede diretamente através de um contator(ver figura 3.2). Porém, deve-se observarque para este tipo de partida existemrestrições de utilização. Como já foi vistoanteriormente, a corrente de partida de ummotor de indução quando ligadodiretamente à tensão da rede é 5 a 6 vezesmaior que a corrente nominal. Por estemotivo, e fundamentalmente para motoresde grande porte, a partida direta não éutilizada.

Figura 3.2 - Partida Direta

35

l PARTIDA ESTRELA - TRIÂNGULO(Y- ∆)

Este tipo de partida só pode ser utilizado em motoresque possuam ligação em dupla tensão (por exemplo 3x 380 V e 3 x 220 V). A menor tensão deverá ser igualà tensão de rede e a out ra 1,73 vezes maior. Estapartida é implementada com dois contatores comomostra a figura 3.3. Na partida o motor é ligado naconexão de maior tensão, isto possibilita uma reduçãode até 1/3 da corrente de partida do motor, comomostra a figura 3.4.

A partida estrela-triângulo poderá ser usada quandoa curva de torque do motor for suficientementeelevada para poder garantir a aceleração da máquinacom a corrente reduzida, ou seja, o torque resistenteda carga não deverá ser superior ao torque do motorquando o motor estiver em estrela.

Figura 3.3 - Partida estrela-triângulo


36

Figura 3.4 - Curva característica de torque e corrente, motor com partidaestrela-triângulo

l PARTIDA ELETRÔNICA(SOFT-STARTER)

A chave de partida a estado sólido consiste de umconjunto de pares de tiristores (SCR) ou combinaçõesde tiristores/diodos, para cada fase do motor.

O ângulo de disparo de cada par de tiristores écontrolado eletronicamente para aplicar uma tensãovariável no motor durante a aceleração. Estecomportamento é, muitas vezes, chamado de partidasuave (soft-starter). No final do período de partida,ajustável conforme a aplicação, a tensão atinge seuvalor pleno após uma aceleração suave ou uma rampaascendente, ao invés de ser submetido a transiçãobrusca, como ocorre com o método de partida porligação estrela-triângulo. Com isso, consegue-se mantera corrente de partida (ver figura 3.5) próxima danominal e com suave variação, como desejado.


37

Figura 3.5 - Curva característica de torque e corrente, motor com partidasuave (soft-starter)

Além da vantagem do controle da corrente durante apartida, a chave eletrônica apresenta, também, avantagem de não possuir partes móveis ou que geremarco elétrico, como nas chaves eletro-mecânicas. Esteé um dos pontos fortes das chaves eletrônicas, poissua vida útil é mais longa, assim como doscomponentes acessórios (contatores, fusíveis, cabos,etc.).

Ainda, como um recurso adicional, a soft-starterapresenta a possibilidade de efetuar a desaceleraçãosuave para cargas de baixa inércia.


38

Os motores de indução possibilitam várias formas defrenagem, isto é, onde se tem s < 0 e o motor operacom características de gerador. A seguirapresentaremos dois métodos de frenagem elétrica.

Obtém-se a frenagem por contra-corrente através dainversão de duas fases da tensão de alimentação doenrolamento estatórico (ver figura 3.7), para reverter adireção de rotação do campo girante do motor com omesmo girando ainda na direção inicial. Dessa forma, arotação do rotor fica agora contrária a um torque queatua em direção oposta (ver figura 3.6) e começa adesacelerar (frenar). Quando a velocidade cai a zero omotor deve ser desenergizado, caso contrário, passaráa funcionar em sentido oposto. Para este tipo defrenagem, as correntes induzidas nos enrolamentosrotóricos são de freqüências altas (duas vezes afreqüência estatórica) e de elevada intensidade, pois otorque desenvolvido pelo motor é elevado, onde há aabsorção de potência elétrica da rede com correntemaior que a nominal, acarretando em umsobreaquecimento do motor.

Figura 3.6. Curva de torque x rotação na frenagem por contra-corrente


3.3.1 Frenagem porcontra-corrente

3.3 FRENAGEM

39


Figura 3.7 - Frenagem por contracorrente

40

É obtida através da desconexão do estator da rede dealimentação e da posterior conexão a uma fonte decorrente contínua (ver figura 3.9). A corrente contínuaenviada ao enrolamento estatórico estabelece um fluxomagnético estacionário cuja curva de distribuição temuma fundamental de forma senoidal. A rotação dorotor em seu campo produz um fluxo de correntealternada no mesmo, o qual também estabelece umcampo magnético estacionário com respeito ao estator.Devido à interação do campo magnético resultante eda corrente rotórica, o motor desenvolve um torque defrenagem (ver figura 3.8) cuja magnitude depende daintensidade do campo, da resistência do circuitorotórico e da velocidade do rotor.

Figura 3.8 - Curva de torque x rotação durante a frenagem CC

Como veremos posteriormente, quando utilizado uminversor de freqüência, a tensão contínua a seraplicada no estator do motor é obtida através dodisparo dos transistores do inversor, não necessitandode nenhum dispositivo adicional, pois a tensão CC éproveniente do próprio circuito intermediário doinversor.

Na prática, a frenagem CC tem sua aplicação limitadadevido ao fato de que toda a energia de frenagem édissipada no próprio motor, podendo causarsobreaquecimento excessivo no mesmo. Assim, paranão comprometer a vida útil do motor, utiliza-se afrenagem CC com tensões contínuas limitadas aaproximadamente 20% da tensão nominal CA do motor.

MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO33.3.2 Frenagem por injeção

de corrente contínua(CC)

41

l PARTIDA DIRETAVantagens• Menor custo de todas• Muito simples de implementar• Alto torque de partida

Desvantagens• Alta corrente de partida, provocando queda de

tensão na rede de alimentação. Em função distopode provocar interferência em equipamentosligados na mesma instalação

• É necessário sobredimencionar cabos e contatores• Limitação do número de manobras/hora

Figura 3.9 - Frenagem por injeção de CC

3.4 VANTAGENS EDESVANTAGENS DOSMÉTODOS DEPARTIDA


42

l ESTRELA-TRIÂNGULOVantagens• Custo reduzido• A corrente de partida é reduzida a 1/3 quando

comparada com a partida direta• Não existe limitação do número de manobras/hora

Desvantagens• Redução do torque de partida a aproximadamente

1/3 do nominal• São necessários motores com seis bornes• Caso o motor não atingir pelo menos 90% da

velocidade nominal, o pico de corrente nacomutação de estrela para triângulo é equivalenteao da partida direta

• Em casos de grande distância entre motor e chavede partida, o custo é levado devido a necessidade deseis cabos.

l SOFT-STARTERVantagens• Corrente de partida próxima à corrente nominal• Não existe limitação do número de manobras/hora• Longa vida útil pois não possui partes

eletromecânicas móveis• Torque de partida próximo do torque nominal• Pode ser empregada também para desacelerar o

motor

Desvantagens• Maior custo na medida em que a potência do motor

é reduzida


4O INVERSOR DE FREQÜÊNCIA

4.1 Métodos de controle dos inversores defreqüêncial Controle escalar

l Controle vetorial

4.2 Características dos motores de induçãoacionados com inversores de freqüência

45

No capítulo anterior vimos diferentes alternativas decomandar um motor de indução a partir da rede dealimentação; em todos estes casos a freqüência dealimentação foi a da rede, isto é, 60Hz. É assim que avelocidade do motor será a velocidade nominal,podendo ser calculada pela seguinte equação:

120 x ƒ x ( 1 - s )n = –––––––––––––––––––––––––

p

onde:n = velocidade em rotações por minuto (rpm)ƒ = freqüência da rede em Hertz (Hz)s = escorregamentop = número de pólos

Figura 4.1

Se considerarmos como exemplo um motor de 4 pólos,com escorregamento nominal (s = 0,0278) teremos:

120 x 60 ( 1 - s )n = ––––––––––––––– –––– = 1750 rpm

4

A partir da simples observação da equação anteriorpodemos deduzir que se pudéssemos dispor de umdispositivo que permita variar a freqüência da tensãode alimentação poderíamos variar diretamente nomotor a sua velocidade de rotação.

O INVERSOR DE FREQÜÊNCIA4

46

Vamos ver agora o que acontece se alimentarmos omotor a partir de um dispositivo que permita variar afreqüência da tensão de alimentação. A seguirmostraremos dois casos, um abaixo da freqüêncianominal e outro acima.

120 x 30 (1 - s)n = ––––––––––––––––––– = 875 rpm

4

Figura 4.2

120 x 90 (1 - s)n = ––––––––––––––––––––––– = 2625 rpm

4

Figura 4.3


47

Vamos ver agora como podemos através de umdispositivo eletrônico, e a partir da tensão efreqüência constante da rede, obter um sistematrifásico com freqüência variável. As figuras 4.1 a 4.3acima mostram para um mesmo período de tempoexemplos de ondas senoidais trifásicas com diferentesvalores de freqüência.

Figura 4.4

O diagrama de blocos da figura 4.4 mostra as partescomponentes deste dispositivo.

O retificador da figura 4.4 gera uma tensão contínuaque é posteriormente filtrada e introduzida no blocoseguinte, chamado de Inversor.

O inversor é composto de seis chaves implementadasnuma configuração como mostrada na figura 4.5.


Figura 4.5

48

Dependendo da combinação de chaves abertas oufechadas pode se obter na saída do inversor formas deonda diferentes. Estas chaves são implementadas nosinversores de freqüência com dispositivossemicondutores chamados de transistores de potência.Existem várias tecnologias de fabricação para este tipode transistores. Os transistores mais freqüentementeutilizados são os chamados:

IGBT - Transistor Bipolar com Porta Isolada (InsulatedGate Bipolar Transistor)

A figura 4.6 a seguir mostra um exemplo simples decomo pode ser gerada uma primeira aproximação deuma onda senoidal. A linha cheia representa a ondagerada pela combinação de seis estados das chaves1..6.

A onda senoidal representada com linha tracejadaserve como referência para o leitor identificar aaproximação mencionada.

Durante o primeiro estado as chaves 1, 5 e 6 estãofechadas e as chaves 2, 3 e 4 abertas. Assim no motor atensão entre as fases U e V é positiva, entre as fases V eW é zero e entre as fases U e W é positiva, comorepresentado na forma de onda. Nos cinco estadosseguintes mud a a combinação de chaves abertas efechadas permanecendo o mesmo tipo de análise doprimeiro estado.

Pode se deduzir também a partir da figura 4.6 quevariando o tempo que cada combinação de chavespermanece num determinado estado, podemos variara freqüência da onda de saída.

Os inversores de freqüência modernos utilizam para acombinação de abertura e fechamento das chaves umaestratégia chamada de “PWM” (Pulse WidthModulation) ou “Modulação por Largura de Pulsos”.Esta estratégia permite a geração de ondas senoidaisde freqüên cia variável com resolução de até 0,01Hz.

OBSERVAÇÃOOs números correspondem as chaves fechadas.


49

Figura 4.6


50

A figura 4.7 mostra o padrão de chaveamento datensão e a corrente resultante numa fase do motor,quando utilizada a técnica PWM para comando dostransistores de potência.

Figura 4.7

l CONTROLE ESCALARO funcionamento dos inversores de freqüência comcontrole escalar está baseado numa estratégia decomando chamada “V/F constante”, que mantém otorque do motor constante, igu al ao nominal, paraqualquer velocidade de funcionamento do motor.

O estator do motor de indução possui um bobinadotrifásico como mostrado na figura 2.4. Este bobinadotem dois parâmetros que defin em suas características.Um deles é a sua resistência ôhmica R [Ohm] e o outroe a sua indutância L [Henry].

A resistência depende do tipo de material (cobre) e docomprimento do fio com qual é realizado o bobinado.Já a indutância depende fundamentalmente dageometria (forma) do bobinado e da interação com orotor.

Fazendo uma análise muito simplificada podemos dizer


4.1 MÉTODOS DECONTROLE DOSINVERSORES DEFREQUÊNCIA

51

que a corrente que circulará pelo estator do motorserá proporcional ao valor da resistência “R” e aovalor da reatância Indutiva “XL” que é dependente daindutância L e da freqüência f. Assim:

XL = 2.π.f.L

e

I = V /( R 2 + X L2

)1/2

Para valores de freqüên cia acima de 30Hz o valor daresistência é muito pequeno quando comparado como valor da reatância indutiva; desta maneirapodemos, nesta aproximação, e para um método decontrole simples como o escalar, desprezá-lo. Assimteremos que o valor da corrente será proporcional àtensão de alimentação V, à indutância L e à freqüênciaf. O valor de indutância L é uma constante do motor,mas a tensão e a freqüência são dois parâmetros quepodem ser “controlados” pelo inversor de freqüência.Assim, se para variar a velocidade do motor deindução temos que variar a freqüência da tensão dealimentação, a estratégia de controle “V/F constante”varia a tensão proporcionalmente com a variação dafreqüência de alimentação (e da reatância indutiva)do motor para obter no estator uma correnteconstante da ordem da corrente nominal do motor,como mostra a equação e a figura 4.8.


52

I ≅ V/f = Cte.

Figura 4.8

Como se pode observar na figura 4.8, acima de 60Hz atensão não pode continuar subindo, pois já foi atingidaa tensão máxima (tensão da rede), É assim que a partirdeste ponto a corrente, e conseqüentemente o torquedo motor, diminuirão. Esta região (acima dos 60Hz noexemplo) é conhecida como região deenfraquecimento de campo. A figura 4.9 a seguirmostra o gráfico do torque em função da freqüênciaonde fica em evidência este comportamento.

Figura 4.9


53

Para freqüências abaixo de 30Hz o termocorrespondente a resistência R do estator, que foidesprezado anteriormente, começa a ter influência nocálculo da corrente. É assim que, de para baixasfreqüências, mantendo-se a proporcionalidade entrea freqüência e a tensão, a corrente econseqüentemente o torque do motor diminuembastante. Para que isto seja evitado, a tensão doestator em baixas freqüências deve ser aumentada,através de um método chamado de compensação Ix R , conforme figu ra 4.10 a seguir.

Figura 4.10

Podemos deduzir assim que o cont role escalar eminversores de freqüên cia é utilizado em aplicaçõesnormais que não requerem elevada dinâmica(grandes acelerações e frenagens), nem elevadaprecisão e nem controle de torque. Um inversor comcontrole escalar pode controlar a velocidade derotação do motor com uma precisão de até 0,5 % darotação nominal para sistemas sem variação de carga,e de 3 % a 5 % com variação de carga de 0 a 100 % dotorque nominal. Pelo princípio de funcionamento eaplicação, são utilizados na maioria das vezes motoresde indução convencionais sem nenhum sistema derealimentação de velocidade (tacogerador de pulsosacoplado ao motor) em malha fechada. A faixa devariação de velocidade é pequena e da ordem de1:10 (Ex: 6 a 60Hz).

Com estas características, o inversor de freqüênciaescalar é a mais utilizado em sistemas que nãorequerem alto desempenho. Este apresenta tambémum custo relativo menor quando comparado com


54

outros tipos de inversores mais sofisticados, como porexemplo o inversor com controle vetorial.

Veremos na continuação uma descrição dos inversorescom controle vetorial.

l CONTROLE VETORIALEm aplicações onde se faz necessária uma altaperformance dinâmica, respostas rápidas e altaprecisão de regulação de velocidade, o motor elétricodeverá fornecer essencialmente um controle preciso detorque para uma faixa extensa de condições deoperação. Para tais aplicações os acionamentos decorrente contínua sempre representaram uma soluçãoideal, pois a proporcionalidade da corrente dearmadura, do fluxo e do torque num motor de correntecontínua proporcionam um meio direto para o seucontrole.

Contudo, a busca por avanços tecnológicossignificativos tem diminuído esta hegemonia e,gradativamente, estão aparecendo opções de novasalternativas, como o uso de acionamentos em correntealternada do tipo controle vetorial.

Vantagens do Inversor com Controle Vetorial• Elevada precisão de regulação de velocidade;• Alta performance dinâmica;• Controle de torque linear para aplicações de posição

ou de tração;• Operação suave em baixa velocidade e sem

oscilações de torque, mesmo com variação de carga.

No motor de indução a corrente do estator éresponsável por gerar o fluxo de magnetização e ofluxo de torque, não permitindo obter um controledireto do torque. Basicamente, o circuito de potênciado inversor de freqüência vetorial não é diferente deum inversor de freqüência v/f, sendo composto dosmesmos blocos funcionais. No inversor v/f a referênciade velocidade é usada como sinal para gerar osparâmetros tensão/freqüênc ia variável e disparar ostransistores de potência. Já o inversor vetorial calcula acorrente necessária para produzir o torque requeridopela máquina, calculando a corrente do estator e acorrente de magnetização.

A palavra “vetorial” está sendo nos ú ltimos temposmuito utilizada para dar nome aos novos inversores,


55

algumas vezes de maneira não muito apropriada.Vamos tentar esclarecer um pouco estes conceitos.Um vetor é uma representação matemática de umgrandeza física que possui magnitude e direção, umexemplo típico é a representação vetorial de umaforça ou uma corrente elétrica.Os inversores vetoriais recebem este nome devido aque:

1. A corrente que circula no bobinado estatórico deum motor de indução pode ser separada em duascomponentes:Id, ou corrente de magnetização (produtora deFLUXO)eIq ou o corrente produtora de TORQUE

2. A corrente total é a soma vetorial destas duascomponentes

3. O torque produzido no motor é proporcional ao“produto vetorial” das duas componentes

4. A qualidade com a qual estas componentes sãoidentificadas e controladas define o nível dedesempenho do inversor.

Para calcular estas correntes é necessário resolver em“tempo real” uma equação que representamatematicamente o comportamento do motor deindução (modelo matemático do motor). Tempo realsignifica que este cálculo tem que ser feito muitasvezes por segundo, tantas vezes quanto necessáriopara poder controlar o motor. É por isto que este tipode controle requer microprocessadores muitopotentes que realizam milhares de operaçõesmatemáticas por segundo.

Para resolver esta equação é necessário conhecer oucalcular os seguinte parâmetros do motor:

ð Resistência do estator

ð Resistência do rotor

ð Indutância do estator

ð Indutância do rotor

ð Indutância de magnetização


56

ð Curva de saturação

Muitos inversores vem com estes valores pré-programados para diferentes motores, outros maissofisticados utilizam rotinas de autoajuste para calcularestes parâmetros, característica muito útil quandoutilizados motores rebobinados ou já existentes.

O controle vetorial representa, sem dúvida, um avançotecnológico significativo, aliando as performancesdinâmicas de um acionamento CC e as vantagens deum motor CA. Porém, em alguns sistemas que utilizamcontrole vetorial é necessário o uso de um encoder(tacogerador de pulsos) acoplado ao motor para que setenha uma melhor dinâmica, o que torna o motorespecial. Sendo assim podemos dizer que existem doistipos de implementação de inversores vetoriais: oinversor “sensorless” (sem sensores) e o inversor comrealimentação por encoder (controle orientado pelocampo).

O inversor com realimentação por encoder é capaz decontrolar a velocidade e o torque no mot or, pois calculaas duas componentes da corrente do motor. Este tipode inversores conseguem excelent es características deregulação e resposta dinâmica, como por exemplo:

ð Regulação de velocidade: 0,01%

ð Regulação de torque: 5%

ð Faixa de variação de velocidade: 1:1000

ð Torque de partida: 400% máx.

ð Torque máximo (não contínuo): 400%

O inversor “sensorless” tem um grau de desempenhomenor que o anterior, mas é superior ao inversor v/f . Aseguir alguns valores típicos para estes inversores:

ð Regulação de velocidade: 0,1%

ð Regulação de torque: Não tem

ð Faixa de variação de velocidade: 1:100

ð Torque de partida: 250%

ð Torque máximo (não contínuo): 250%


57

O INVERSOR DE FREQÜÊNCIA4Como já vimos na seção anterior, a curva característica“corrente x velocidade” e “torque x velocidade” domotor de indução mostra que a partir do valor detorque equivalente a 150% do nominal (área detrabalho intermitente) as duas curvas apresentam omesmo comportamento. Isto significa que torque evelocidade tem um comportamento linear com acorrente.

Figura 4.11

Os inversores de freqüência trabalhamexclusivamente nesta região.

Vejamos agora o comportamento da curva “torque xvelocidade” quando o motor é alimentado através doinversor de freqüência. A figura 4.12 mostra umconjunto de curvas para diferentes velocidades(freqüências) de operação. A 60Hz temos exatamenteo caso da figura 4.11, que coincide com a resposta deum motor acionado diretamente da rede.

O motor do exemplo é um motor de quatro pólos,assim sua velocidade síncrona será de 1800 rpm e avelocidade do eixo, com carga nominal, será 1750rpm. Podemos ver assim que, com o motor com carganominal, existe uma diferença de 50 rpm entre avelocidade síncrona calculada e a velocidade derotação do motor, devida ao escorregamento.

4.2 CARACTERÍSTICASDOS MOTORES DEINDUÇÃOACIONADOS COMINVERSORES DEFREQÜÊNCIA

58


Figura 4.12

Observando novamente a figura 4.9 vemos que parauma freqüência de alimentação de 30Hz a velocidadesíncrona será de 900 rpm, novamente para torquenominal o escorregamento será o nominal equivalentea 50 rpm, e a velocidade do motor será de 850 rpm.

É interessante observar que diminuindo a freqüênciapela metade a velocidade síncrona também cai ametade, mas a velocidade do motor não, pois sempretem uma diferença constante equivalente aoescorregamento.

Outra característica importante do acionamento demotores com inversores de freqüência é que a correntede partida é praticamente da ordem da correntenominal, e que alimentando o motor a partir de 3 ou4Hz podemos obter no rotor um torque de 150 % donominal, suficiente para acionar qualquer cargaacoplada ao motor.

5PARÂMETROS DO INVERSOR DEFREQÜÊNCIA

5.1 Parâmetros de leitura

5.2 Parâmetros de regulaçãol Rampas de aceleração/desaceleração

l Curva U/F ajustável

5.3 Parâmetros de configuraçãol Frenagem

l Rampa de aceleração e frenagem reostática

l Rejeição de freqüências críticas

l Partida com motor girando (flying start)

l Compensação do escorregamento

5.4 Parâmetros do motor

5.5. Parâmetros das funções especiaisl Ciclo automático

l Controle de processos com inversores de freqüência

61

Um parâmetro do inversor de freqüência é um valorde leitura ou escrita, através do qual o usuário podeler ou programar valores que mostrem, sintonizem ouadeqüem o comportamento do inversor e motor emuma determinada aplicação. Exemplos simples deparâmetros:

l Parâmetro de Leitura P003: Corrente consumidapelo motor

l Parâmetro Programável P121: Velocidade de girodo motor, quando comandado pelo teclado(referência de velocidade, valor de freqüência) .

Quase todos os inversores disponíveis no mercadopossuem parâmetros programáveis similares.Estes parâmetros são acessíveis através de umainterface composta por um mostrador digital(“display”) e um teclado, chamado de InterfaceHomem-Máquina (IHM), ver figura 5.1.

Figura 5.1. Interface Homem-Máquina (IHM)

PARÂMETROS DO INVERSOR DE FREQÜÊNCIA5

62

Para facilitar a descrição, os parâmetros serãoagrupados pelas suas características:

l Parâmetros de leitura

l Parâmetros de regulação

l Parâmetros de configuração

l Parâmetros do motor

l Parâmetros das funções especiais

Os parâmetros de leitura, como seu nome indica,permitem visualizar os valores programados nosparâmetros de regulação, de configuração, do motor edas funções especiais. Por exemplo, na linha deinversores WEG são identificados do P001 até o P099.Estes parâmetros não permitem a edição do valorprogramado; somente a sua leitura.

EXEMPLOS:P001 - Referência de Velocidade

Valor da referência de velocidade antes darampa.Independe da fonte de origem da referência.Indicação em rpm.

P002 - Velocidade do MotorIndica o valor da velocidade real, em rpm.

P003 - Corrente do motorIndica a corrente de saída do inversor emampères.

P004 - Tensão do circuito intermediárioIndica a tensão atual no circuito intermediáriode corrente contínua, em Volts.

P005 - Freqüência aplicada ao motorValor da freqüência de saída do inversor, emHz .

P006 - Estado do inversorIndica o estado atual do inversor.As sinalizações disponíveis são: Ready, Run,Subtensão e E00, ... E11


5.1 PARÂMETROS DELEITURA

63

P009 - Torque no MotorIndica a parcela da Corrente Total que éproporcional ao torque, em %.

São os valores ajustáveis a serem utilizados pelasfunções do inversor.

EXEMPLOS:P100 - Tempo de aceleração e P101 - Tempo de

desaceleraçãoDefinem os tempos para acelerar linearmentede 0 até a velocidade máxima ou desacelerarlinearmente da velocidade máxima até 0. Avelocidade máxima é definida peloparâmetro P134.

P133 - Referência mínima e P134 - ReferênciamáximaDefine os valores máximo/mínimo develocidade na saída quando o inversor éhabilitado.

RAMPAS DE ACELERAÇÃO/DESACELERAÇÃOAs rampas permitem ao usuário do inversor modificara velocidade de rotação do motor de formacontrolada. Especificando o valor de tempo evelocidade final podemos assim controlar a aceleraçãoe desaceleração do motor. Os inversores possuemnormalmente dois tipos de rampas:

Rampa linearA rampa linear é a mais simples, e indicada paracargas com pouca inércia.

Na transição da velocidade zero para a rampa e darampa para a velocidade final, o sistema acoplado aomotor recebe um impulso chamado de “jerk”. Esteimpulso produz vibrações no equipamento acopladoao motor.

Rampa em “S”A rampa “S” é um recurso no qual se permite obter aaceleração/desaceleração de cargas onde se necessitade uma partida/parada de forma suave, não

5.2 PARÂMETROS DEREGULAÇÃO


64

ocorrendo choques mecânicos no sistem a. A rampa “S”pode ser ajustada em fun ção da aplicação através dosoftware do inversor (parâmetros de programação),onde se define os tempos d e aceleração edesaceleração e também o percentual de distorção “S”da curva, conforme descrito na figura a seguir:

Figura 5.2 - Aceleração e desaceleração por rampa “S”

Multi-SpeedEsta função permite a variação da freqüência de saídado inversor através de combinações das entradasdigitais, as quais podem ser comandadas através de:chaves seletoras, contatores, CLP’s, chaves fim-de-curso, etc. Seu uso é recomendado quando utiliza-seduas ou mais velocidades fixas (pré-ajustadas), poistraz as seguintes vantagens:l imunidade a ruído elétricol simplificação de comandos e ajustes

EXEMPL O:

P124 - Ref. 1 Multispeed _______ 90 rpm







65



Figura 5.3

CURVA U/F AJUSTÁVELEsta função permite a alteração das curvascaracterísticas padrões definidas, que relacionam atensão e a freqüência de saída do inversor econseqüentemente o fluxo de magnetização do motor,a fim de adequar a uma necessidade específica.


66

Esta característica pode ser utilizada em aplicaçõesespeciais nas quais os motores utilizados necessitam detensão nominal ou freqüência nominal diferentes dospadrões. O ajuste da relação entre a tensão e afreqüência é feito através do software do inversor(parâmetros de programação), onde se define ainclinação de uma reta (conforme ilustrado na figura aseguir) através de três pares (U, f) de pontos distintosque são: Ponto mínimo, ponto médio e ponto máximo.

Figura 5.4 - Curva U/f ajustável

Esta característica é necessária, pois nestes casos ofluxo de magnetização do motor é diferente dosmotores padrões, o que pode acarretar picos decorrente ou operação com corrente acima da nominaldo motor, que podem ocasionar a sua destruição oubloqueio do inversor.

Definem as características do inversor, as funções aserem executadas, bem como as funções das entradas esaídas.

FRENAGEMQuando o motor de indução está sendo empregado emprocessos que exigem paradas rápidas, o tempo dedesaceleração é muito pequeno e deve ser empregadoo recurso de frenagem elétrica ou mecânica.

Durante a frenagem a freqüência do rotor é maior quea freqüência do estator, provocando um fluxo reversoda energia do rotor para o estator. O motor passa afuncionar então como um gerador, injetando esta


5.3 PARÂMETROS DECONFIGURAÇÃO

67

energia no barramento DC do inversor, o que provocauma sobretensão neste.

A frenagem elétrica pode ser feita através de um dosprocedimentos abaixo, ou uma combinação deles:

1. Injeção de corrente contínuaPermite a parada do motor através da aplicação decorrente contínua no mesmo. A magnitude dacorrente contínua, que define o torque defrenagem, e o período durante o qual ela éaplicada, são parâmetros que podem serespecificados pelo usuário. Este modo égeralmente usado com cargas de baixa inércia, epode causar um aquecimento excessivo do motorquando os ciclos de parada são muito repetitivos.

2. Rampa de desaceleraçãoA freqüência diminui até zero, conforme o tempode desaceleração especificado pelo usuário,podendo ser empregado quando os requisitos deparada não são muito rígidos.

3. Frenagem reostáticaÉ usada para dissipar a energia que retorna domotor através de um banco de resistores, durante arápida frenagem do motor, evitando a sobretensãono barramento DC do driver.

Geralmente se utiliza a frenagem reostática parabaixar a velocidade até um determinado valor, apartir do qual se aplica corrente contínua no motor,conseguindo uma frenagem rápida e preservando oinversor.

A frenagem mecânica consiste em comandar, atravésde um relé, um sistema capaz de segurar o eixo dorotor. Normalmente estes sistemas tem um tempo deatraso elevado, tanto para ligar como desligar o freio.Assim o usuário deve ter certeza que o rotor estáliberado do freio antes de dar um comando paramovê-lo, caso contrário o motor irá partir com umacondição de sobrecarga provocando umasobrecorrente elevada.

Parâmetros associados: Duração da frenagem(P300); freqüência de início da frenagem (P301);tensão aplicada durante a frenagem (P302)


68

INJEÇÃO DE CORRENTE CONTÍNUAEste tipo de frenagem do motor é conseguidaaplicando-se no seu estator uma tensão contínua. Estaé obtida pelo disparo dos transisto res do inversor, nãonecessitando nenhum dispositivo adicional. Este tipode frenagem é útil quando se deseja a parada domotor (freio) apenas, diferentemente da frenagemreostática que pode ser utilizada para reduzir avelocidade, mas mantendo-se o motor girando.O torque de frenagem pode ser ajustado de acordocom a aplicação, através do tempo de injeção decorrente contínua e do nível de tensão CC aplicada nomotor. Durante a frenagem CC, é necessário umintervalo para a desmagnetização do mo tor (TempoMorto), para não haver um pico de corrente noinversor, que poderá atuar a proteção e bloquear omesmo.

Figura 5.5 - Frenagem CC com bloqueio por rampa de desaceleração

RAMPA DE DESACELERAÇÃO EFRENAGEM REOSTÁTICAÉ possível uma frenagem controlada através de umarampa de desaceleração quando a freqüência aplicadaao motor é reduzida de uma forma controlada,necessitando-se para isso de um inversor defreqüência, sendo que dessa forma o motor secomporta como um gerador assíncrono e fornece umtorque de frenagem. Em outras palavras, quando oescorregamento torna-se negativo, isto é, quando avelocidade síncrona (ou freqüência estatórica aplicadapelo inversor) torna-se menor do que a velocidade domotor (velocidade rotórica), o torque gerado pelomotor torna-se negativo e este é frenado. Neste estadoo motor opera como gerador com a energia cinética(do motor e da carga) convertida em energia elétrica


69

que é transmitida ao circuito intermediário (CC),através da ponte de transistores, como energia que éconsumida através de um módulo de frenagemreostática.

A potência da frenagem é função do tempo dedesaceleração, da inércia das massas em movimento edo torque resistente. Uma parte da energia defrenagem é dissipada em perdas no moto r, e orestante deverá ser dissipada de alguma forma.

Os inversores de freqüência apresentam a opção deutilização de módulos de frenagem reostática, que sãobancos de resistores controlados eletronicamente econectados ao circuito intermediário (CC) que permitese obter até um torque de frenagem próximo aotorque nominal do motor, assegurando a dissipaçãoda energia de frenagem nestas resistências externas.A corrente máxima admissível na resistência defrenagem está relacionada aos seguintes fatores:

l Valor ôhmico da resistência de frenagem;

l Corrente de limitação do inversor associado;

l Corrente máxima do transistor de potência.

Figura 5.6 - Curva de torque x rotação da máquina assíncrona commotor e gerador

REJEIÇÃO DE FREQÜÊNCIASCRÍTICASEste recurso se utiliza quando o sistema a seracionado possui faixas de operação com rotaçõescríticas e que não podem ser utilizadas. Comoexemplo, problemas de ressonância mecânica em


70

ventiladores, que causam a vibração excessiva domesmo, podem causar a destruição de rolamentos eeixos.

A rejeição de freqüências críticas é feita através doajuste da freqüência central e de uma banda em tornodesta freqüência a qual o inversor não permitiráacionar o motor, conforme mostra a figura 5.7.

Figura 5.7 - Rejeição de freqüências críticas

Quando da aceleração ou desaceleração do moto r, oinversor atua através das rampas ajustadas, passandopelas freqüências críticas, chegando aos valoresdesejados. Caso o valor ajustado seja uma freqüênciacrítica, o inversor irá operar na freqüênciaimediatamente acima ou abaixo do limite imposto.

PARTIDA COM MOTOR GIRANDO(“FLYING START”)Este recurso se utiliza para quando é necessário oreligamento do motor com o inversor de freqüênciamesmo que o motor (ou máquina) ainda esteja emmovimento. Para os inversores comuns sem esterecurso, o religamento não é possível devido ao fato deque quando o motor ainda encontra-se girando, existeuma magnetização residual que faz com que sejagerada uma tensão nos seus terminais. Com oreligamento do inversor, surgem então picos decorrente transitórias que faz com que a proteção contracurto-circuito do inversor atue, bloqueando-o.

Com o recurso de partida com motor girando, oinversor atua de forma a impor a freqüência de


71

referência instantaneamente, fazendo uma rampa detensão num tempo especificado pelo usuário.

Caso exista uma realimentação de posição, através deencoder ou resolver, o driver pode calcular avelocidade atual do motor e iniciar seu comandonesta freqüência, ut ilizando as rampas de aceleraçãoou desaceleração para atingir a velocidade dereferência, não sendo necessário especificar nenhumparâmetro auxiliar para o procedimento de “FlyingStart ”.

Parâmetros associados: Tempo para que a tensãode saída varie de 0 Volts até a tensão de trabalho,proporcional a freqüência de referência (P311).

COMPENSAÇÃO DOESCORREGAMENTOPara que um motor de indução desenvolva torque énecessário que a velocidade do rotor seja inferior avelocidade do estator (Hz), sendo a diferença entreambas denominada escorregamento. A quantidadede escorregamento é determinada diretamente pelacondição de carga do motor, assim por exemplo ocampo girante produzido no estator, de um motor dequatro pólos ligado à rede de 220 V/60 Hz, gira àvelocidade de 1800 rpm, mas a velocidade do rotorserá aproximadamente 1750 rpm a plena carga e1795 rpm a vazio.

A compensação do escorregamento é empregadapara manter a velocidade constante indep endente demudanças na carga, atuando como um controle develocidade em malha aberta. Assim, a freqüência desaída do inversor aumenta ou diminui conforme acorrente do motor varia em função do aumento oudiminuição da carga.


72

Define os parâmetros obtidos dos dados de placa.

EXEMPLOSl P400 - Tensão do motor

l P401 - Corrente do motor

l P402 - Rotação do motor

l P403 - Freqüência do motor

Inclui os parâmetros relacionados com cicloautomático, regulador PID e regulador de velocidade.

CICLO AUTOMÁTICOO ciclo automático é utilizado para acionar um motorem uma determinada seqüência de operação a serrepetida a cada liberação do inversor. Conformedemonstrado na figura a seguir, a freqüência de cadapatamar, bem como a sua duração podem ser ajustadas(programadas) independentemente.

Figura 5.8

Esta função proporciona as seguintes vantagens dentrodo processo:l Não necessita de comando externo para troca de

velocidades (operador ou dispositivo de comandotemporizados);

l tempos de atuação precisos e mais estáveis e nãoapresentam influência externa (granderepetibilidade);

l imunidade a ruído elétrico;

PARÂMETROS DO INVERSOR DE FREQÜÊNCIA55.4 PARÂMETROS DO

MOTOR

5.5 PARÂMETROS DASFUNÇÕES ESPECIAIS

73

PARÂMETROS DO INVERSOR DE FREQÜÊNCIA5l simplificação de comandos e ajustes;l eliminação da manutenção de dispositivos de

comandos externos;l maior flexibilidade na programação do ciclo do

processo.

CONTROLE DE PROCESSOS COMINVERSORES DE FREQÜÊNCIARegulador PID (Proporcional – Integral –Derivativo)Um regulador pode ser descrito como um sistema quelê do processo a variável que se deseja controlar e acompara com o valor de referência desejado,produzindo um sinal de saída que atuará sobre oprocesso no sentido de diminuir a diferença entre ovalor lido e o desejado. O algoritmo de um reguladorPID consegue obter erro nulo em regime.

Este regulador pode ser ut ilizado para controlardiversas variáveis do sistema, como vazão, nível,temperatura, ou pressão, superpondo seu sinal decontrole ao controle normal de velocidade do inversor(U/F).

Exemplos de aplicaçãoControle de vazão em uma tu bulação, comrealimentação da vazão e com o inversor acionando amotobomba que faz o fluido circular; controle de nível,controle de pressão; controle de temperatura, etc.

Parâmetros associados: Ganho proporcional; ganhointegral; ganho diferencial; tipo de realimentação;referência; tipo de ação (reversa ou direta); númerode pulsos por revolução (no caso de realimentaçãopor encoder).Como exemplo temos o controle de vazão:

Figura 5.9 - Controle de vazão com inversor de freqüência

6COMANDO E CONTROLE DE VELOCIDADEEM MOTORES DE INDUÇÃO ACIONADOSPOR INVERSORES DE FREQÜÊNCIA

6.1 Sensores de posição e velocidade

6.2 Medição de velocidade6.2. 1 Algoritmo de estimação de freqüência

6.2. 2 Algoritmo de estimação de período

6.2. 3 Algoritmo de estimação simultânea de período e freqüência

6.3 Ruídos

6.4 Sincronização de velocidade

77

Comandar a velocidade de um motor acionado porum inversor de freqüência significa simplesmenteprogramar ou colocar uma referência de velocidadenuma entrada do inversor, sem ter informação real seessa velocidade programada está presente no eixo domotor. Em sistemas que não requerem muita precisãoou que são acoplados a cargas conhecidas econstantes, o comando de velocidade pode sersuficiente para atingir as especificações projetadas.

Mas em sistemas que requerem maior precisão novalor da velocidade do eixo do motor é necessário“controlar” o sistema.

Controlar o sistema significa colocar um sensor queindique o valor real da variável, por exemplo, avelocidade (acoplando um sensor ao eixo do motor), erealimentar este valor num regulador do inversor queatuará no sentido de diminuir a diferença entre ovalor lido no sensor e o valor desejado (programado).

É assim que continuamente o sensor está informandoao inversor o valor real da variável, para este podercorrigir em forma dinâmica (em todo momento) odesvio do valor programado.

Figura 6.1

COMANDO E CONTROLE DE VELOCIDADE EM MOTORES DEINDUÇÃO ACIONADOS POR INVERSORES DE FREQÜÊNCIA6

78

Dada sua simplicidade e baixo preço os codificadoresangulares ou tacogeradores de pulsos, chamadosnormalmente de “encoders”, transformaram-se nosúltimos anos, num dos dispositivos mais utilizados para

medição de posição angular e velocidade.Figura 6.2

Os codificadores incrementais são dispositivos ópto-mecânico-eletrônicos que fornecem informaçãodiscreta de deslocamento (posição relativa). Estes sãofabricados com um disco de vidro ou metal que tem nasua periferia uma trilha com segmentos opacos etransparentes (ver figura 6.2) Três conjuntos deemissores de luz e detetores fotoelétricos sãocuidadosamente dispostos a cada lado do discocodificado. Este disco é montado em um eixo podendogirar livremente, sendo acoplado pela sua vez ao eixodo elemento do qual se deseja determinar odeslocamento ou velocidade (por exemplo o eixo domotor). Quando o eixo gira, as linhas o pacas etransparentes do disco passam entre o emissor edetetor de luz, modulando desta maneira o feixeluminoso produzido pelo emissor de luz, atingindo odetetor, e gerando neste um sinal elétricocorrespondente com as divisões gravadas no disco. Ofeixe de luz é focalizado no disco mediante sistemas

6.1 SENSORES DEPOSIÇÃO EVELOCIDADE


79

ópticos (lentes, espelhos, prismas, etc).

Os dois pares emissor/detetor são posicionados demaneira tal a produzir no detetor dois sinaisdefasados de 90°, ver figura 6.3 (sinais A e B). Estessinais são processados (decodificados) por um circuitoeletrônico obtendo-se informação do sentido derotação e a quadruplicação da resolução básica doencoder (nr. pulsos/rev x 4).

Figura 6.3

Portanto o número de pulsos do encoder detectados,por exemplo eletronicamente em um dispositivo decontagem, é uma medida do deslocamento angulardo dispositivo. A distância entre dois pulsosadjacentes do encoder é:

Xk - Xk-1= ∆Xk (ver figura 6.4)

Figura 6.4


80

valor conhecido e constante. Se o encoder possui ppulsos por revolução, o valor unitário de deslocamentoserá 1/p:

∆Xk = ∆X=1/p [rev].

Desta maneira a posição Xk (posição depois deacontecidos k pulsos), é

k . ∆X =k/p [rev.] =k . 2Π/p [rad.]

Logo, para medir posição basta um dispositivo quepossa contar os pulsos gerados pelo encoder.

Até pouco tempo atrás só eram utilizadostacogeradores analógicos para realimentação develocidade em motores elétricos; mas estesapresentavam problemas como:

• não- linearidades• variação da resposta com a temperatura• baixa precisão (0,5% no melhor dos casos)• muito sensíveis à ruído (sinal analógico)

Com a maciça utilização dos encoders t em surgidodiferentes tipos de t écnicas de medição digital develocidade. Para analisar estes métodos é importantedefinir os parâmetros que caracterizam um sistema demedição, a saber:

Resolução: É o menor incremento de velocidade quepode ser medido pelo sistema

Precisão: É o máximo desvio que o valor medido sofreem relação ao valor real de velocidade

Tempo de detecçã o: È o tempo que o sistemanecessita para realizar a medição.

Faixa de medição: É a faixa de velocidades(velocidade máxima, velocidade mínima) dentro daqual o sistema opera dentro das especificações.

Assim, um bom sistema é aquele cujo método demedição propicia alta resolução, alta precisão e baixotempo de detecção numa larga faixa de medição.Existem vários médodos de medição de velocidade.Cada método pode ser caracterizado por um “algoritmode estimção”, já que o valor da velocidade é“estimado” a partir de um dado de posição.


6.2 MEDIÇÃO DEVELOCIDADE

81

A velocidade é aproximada contando o número depulsos M1 vindos do transdutor durante um tempofixo T p, ver figura 6.5.Este método é indicado para sistemas com faixa demedição estreita e para medição de altas velocidades.

Figura 6.5

A velocidade é aproximada medindo-se o tempocompreendido entre um número inteiro de pulsosconsecutivos do encoder “Pe” (dois ou mais). Estetempo é computado com a ajuda de uma base detempo “Pc” com freqüência fixa conhecida (ver figura6.6), contando os pulsos M2.

Este método t al como o anterior é utilizado para faixasde medição estreitas, mas em baixas velocidades.

Figura 6.6


6.2.1 Algoritmo deEstimação deFreqüência

6.2.2 Algoritmo deEstimação doPeríodo

82

A velocidade é aproximada medindo período efreqüência. Desta maneira as duas medições sãorealizadas sincronizadamente permitindo obter comeste método bons resultados tanto em altas como embaixas velocidades.

O ambiente industrial é normalmente muito poluídopor ruídos de origem eletromagnética, podendocomprometer a integridade dos sinais transmitidosdesde os sensores até à máquina. Os cabos queconduzem os sinais atuam como antenas receptorasdos ruídos, corrompendo a informação, podendocausar sérios problemas.

A quantidade de ruído eletromagnético induzido noscabos pode ser minimizada utilizando-se cabosblindados, níveis de sinal elevados (12 ou 24 V) outransmissão de sinais em forma diferencial.

Figura 6.7

A figura 6.7 mostra uma linha de transmissãodiferencial; se um ruído for induzido na linha, os doiscanais serão afetados e como no final da linha érealizada uma operação de subtração dos sinais o ruídoserá rejeitado. Dependendo do tipo de cabo e daimpedância de saída do dispositivo que gera o sinaldiferencial, os sinais podem ser transmitidos até umadistância máxima de aproximadamente 1000 metros.


6.2.3 Algoritmo deEstimaçãoSimultânea dePeríodo eFreqüência

6.3 RUÍDOS

83


A figura 6.8 mostra uma representação esquemáticade um mecanismo convencional para variação develocidades e sentido de rotação. Normalmente éutilizada uma cadeia cinemática, com projeto baseadoem especificações de velocidade, sentido de rotação etorque; as características de saída estão determinadaspelas características do acionamento combinadas comum determinado conjunto de engrenagens.

Figura 6.8

Este tipo de configu ração é utilizado em aplicaçõesonde são necessárias relações de transmissão fixas. Noentanto, em aplicações onde se precisa de umarelação variável, é necessário um sistema que gereinstantaneamente uma n ova relação de transmissão.A figura 6.9 mostra um exemplo onde não obstanteexistir redutores, necessários para adaptarvelocidades e/ou torques dos motores com asrespectivas cargas, existe também para cada eixo umacionamento controlado eletronicamente. Este tipo desistema além de eliminar a complicada cadeiacinemática oferece a grande flexibilidade do controleeletrônico onde qualquer combinação de velocidade esentido de rotação pode ser programado.

6.4 SINCRONIZAÇÃO DEVELOCIDADE

84


Figura 6.9

O sistema possui um motor e um acionamento por eixo.Um dos eixos opera com a função de mestre, isto é, seuvalor real de velocidade é fornecido para sincronizar osoutros eixos, considerados escravos, pois suasvelocidades serão proporcionais, com razão deproporcionalidade programável, à velocidade do eixomestre.

Sistema multimotores:É quando um inversor de f reqüência alimenta váriosmotores conectados em paralelo. Todos os motoresdeverão ter a mesma tensão e freqüência dealimentação. A velocidade de funcionamento dosmotores dependerá do número de pólos e doescorregamento (que é fun ção da carga) de cadamotor.Neste tipo de aplicação deve se levar em conta que umou vários dos motores ligados ao sistema multimotorespode necessitar ser desligado com o inversorfuncionando, este fato precisa ser levado emconsideração na hora do dimensionamento.

7APLICAÇÃO DE ACIONAMENTOS COMMOTORES DE INDUÇÃO E INVERSORES DEFREQÜÊNCIA

7.1 Introdução, definições, fundamentos eprincípios7.1. 1 Definições

7.1. 2 Relações básicas

7.2 O que a carga requer7.2. 1 Tipos de carga

l Torque constante

l Potência constante

l Torque linearmente crescente

l Torque com crescimento quadrático

7.2. 2 O pico de carga

7.2. 3 Estimando cargas

7.3 Seleção de acionamentos(motor/inversor)7.3. 1 Operação abaixo da rotação nominal

l Motor autoventilado

l Motor com ventilação independente

7.3. 2 Operação acima da rotação nominal

7.3. 3 Casos especiais

l Efeito da temperatura ambiente

l Efeito da altitude

7.4 Aplicações típicasl Bombas centrífugas e ventiladores

l Extrusoras

l Bobinadores/desbobinadores

87

Uma das maiores fontes de problemas ao se tratar desistemas de acionamento é a aplicação inadequadados diversos tipos existentes. Acionamentos ca e cctêm características peculiares, que devem ser levadasem conta ao se fazer uma escolha. Não só ascaracterísticas de torque são diferentes, mas tambémhá consideráveis diferenças de custos, perturbaçõesintroduzidas na rede elétrica, fator de potênciagerado, dimensões de carcaça disponíveis, etc.

É necessário, portanto, um conhecimento básico decomo o motor interage com o sistema de controle, eestes dois por sua vez, com a máquina a ser acionada,a fim de se poder fazer uma aplicação apropriada.

O dimensionamento do acionamento é feito com baseno torque requerido p ela carga (veja a definição detorque e de carga na seção 7.1.1 abaixo). Assim,pode-se dizer que é necessário conhecer muito bem amáquina a ser acionada. É muito importante fazeruma quantidade tão grande quanto possível deperguntas, mesmo a respeito de coisasaparentemente insignificantes. É impossívelperguntar demais, e um dos segredos está ementender muito bem a aplicação.

É necessário ainda uma compreensão das relaçõesentre torque , potência, velocidade e aceleração/desaceleração, bem como do efeito de umatransmissão mecânica nestas grandezas.

Finalmente, é necessário utilizar um métodosistemático para selecionar o equipamento adequado.

MOTOR - Sempre que houver uma menção genéricaa ”motor” nesta seção, estará se referindo ao motorde corrente alternada (ca) de indução, assíncrono,com rotor tipo gaiola de esquilo, a menos dedeclaração explícita ao contrário.

ACIONAMENTO - A palavra acionamento significaaqui, o conjunto compreendido pelo motor e seusistema de partida, mais qualquer aparelho eletrônicode controle envolvido (tal como um inversor).

APLICAÇÃO DE ACIONAMENTOS COM MOTORES DEINDUÇÃO E INVERSORES DE FREQÜÊNCIA7

7.1 INTRODUÇÃO,DEFINIÇÕES,FUNDAMENTOS EPRINCÍPIOS

7.1.1 Definições

88

CARGA - A palavra carga significa aqui, o conjunto decomponentes da máquina que se movem, ou que estãoem contato e exercem influência sobre eles,começando a partir da ponta-de-eixo do motor.

TORQUE - O torque pode ser definido como “a forçanecessária para girar um eixo”. Ele é dado peloproduto da força tangencial F (N) pela distância r (m),do ponto de aplicação da força ao centro do eixo. Aunidade de torque no SI (Sistema Internacional) é oNm (Newton-metro).

INÉRCIA - Inércia é a resistência que uma massaoferece à modificação do seu estado de movimento.Todo corpo que tem massa tem inércia. Uma massa emrepouso requer um torqu e (ou força) para colocá-la emmovimento; uma massa em movimento requer umtorque (ou força) para modificar a sua velocidade oupara colocá-la em repouso. O momento de inércia demassa J (kgm 2) de um corpo depende da sua massa m(kg) e da distribuição da massa ao redor do eixo degiro, ou seja, da sua geometria. O Anexo 1 traz asfórmulas para o cálculo do momento de inércia demassa de diversos corpos comuns.

TorqueO torque T (Nm) é o produto da força F (N) necessáriapara girar o eixo, pela distância r (m) do ponto deaplicação da força ao centro do eixo

T = F * r(7.1)

Este é o torque necessário para vencer os atritosinternos da máquina parada, e por isso é denominadode torque estático de atrito, Te at .

Pode-se determinar o torque demandado para por emmovimento uma máquina, medindo a força, porexemplo, utilizando uma chave de grifo e umdinamômetro de mola (figura 7.1).


7.1.2 Relações Básicas

89

Figura 7.1 - Medição de torque

Exemplo:Se obtivermos uma leitura de força de 75 N (~ 7,6kgf) a 0,6 m (600 mm) do centro do eixo de entrada,o torque será (eq. 7.1)

Te at = 75 * 0,6 = 45,0 Nm

VELOCIDADE DE ROTAÇÃOA máxima velocidade síncrona de rotação n (rpm) deum motor controlado por inversor depende donúmero de pólos p do motor e da freqüência máximade saída f (Hz) do inversor selecionado.

n = 120 * f / p(7.2)

Exemplo:Um motor de 2 pólos comandado por um inversorcuja freqüência máxima de saída é de 150Hz, permitechegar até uma velocidade síncrona de (eq. 7.2)

n = 120 * 150 / 2 = 9.000 rpm

POTÊNCIAA potência P é dada pelo produto do torque T (Nm)pela velocidade de rotação n (rpm)

P = (2*π/60) * T * n(7.3)

e a unidade é o Watt. (Lembre-se: 1.000 W = 1 kW)

Exemplo:Se a máquina demandasse os mesmos 45,0 Nm a umavelocidade de rotação de 1.760 rpm, então a potênciaseria (eq. 7.3)


90

P = (2*π/60) * 45,0 * 1.760 = 8.294 W (~ 8,3 kW)

ACELERAÇÃO (DESACELERAÇÃO)O torque T (Nm) necessário para acelerar (oudesacelerar) uma carga com momento de inércia demassa (ou simplesmente inércia) J (kgm2), davelocidade de rotação n1 (rpm) para n2 (rpm), em umtempo t (s), é dado por

Td ac = (2* π/60) * J * (n 2 – n1) / t(7.4)

Este torque é chamado de torque dinâmico deaceleração, Td ac . Se n 2 > n 1 (aceleração), Td ac épositivo, significando que seu sentido é igual aosentido de rotação; se n 2 < n 1 (desaceleração),Td ac é negativo, significando que seu sentido écontrário ao sentido de rotação.

Exemplo:Um cilindro maciço de alumínio, de diâmetro d = 165mm e comprimento l = 1.200 mm, e portanto comuma massa m de aproximadamente 69,3 kg, temmomento de inércia de massa J de (eq. 7.1, Anexo 1)

J = 1/8 x 69,3 x 0,1652 = 2,36E10 –1 kgm 2

Se o corpo deve acelerar de de 0 a 1.760 rpm notempo de 1,0s, então o torque de aceleração será (eq.7.4)

Td ac = (2* π/60) * 2,36E10-1 * (1.760 – 0) / 1,0= 43,5 Nm

Adicionando-se o torque de aceleração acimacalculado ao torque de atrito calculado no primeiroexemplo acima, tem-se

T = 45,0 + 43,5 = 88,5 Nm

e para a potência (eq. 4.3)

P = (2*π/60) * 88,5 * 1.760 = 16.303 W (~ 16,3 kW)

EFEITO DE UMA TRANSMISSÃO MECÂNICAPor transmissão mecânica entende-se um redutor (oumultiplicador) de velocidade como, por exemplo, um


91

redutor de engrenagens, ou uma redu ção por polias ecorreia em V, ou ainda correia dentada. Umatransmissão mecânica tem dois parâmetrosimportantes para o dimensionamento doacionamento, que são: (a) a razão de transmissão iR, e(b) a eficiência ηR . No caso de redutores deengrenagens estes parâmetros são fornecidos pelofabricante do mesmo, e no caso de transmissões porpolias e correias, podem ser calculados a partir dosparâmetros da transmissão (razão dos diâmetrosefetivos ou razão dos números de dentes).

Redutores de velocidade são utilizados, por exemplo,no acionamento de máquinas de baixa velocidade,entre o eixo do motor e o eixo de entrada da máquina.Assim como a velocidade de rotação do motor éreduzida na proporção da razão de transmissão iR,também o torque do motor é multiplicado na mesmaproporção. Além disso, uma parte da energia queentra é consumida pelas perdas internas (atritos,ruído, etc), quantificadas pela eficiência ηR . Assim, otorque necessário na entrada de um redutor, T1 (Nm)em função do torque demandado na saída T2 (Nm) édado por

T1 = T 2 /( i R * ηR )

(7.5)

Exemplo:Se no exemplo 4, com T2 = 88,5 Nm, houvesse umredutor de engrenagens de 1 estágio com razão detransmissão iR = 1,8 e eficiência ηR = 0,85 teríamospara o torque T1 (eq. 7.5)

T1 = 88,5 / (1,8 * 0,85) = 57,8 Nm

A velocidade máxima do motor deveria ser então

n1 = 1.760 * 1,8 = 3.168 rpm

E a potência (eq. 7.3)

P = (2*π/60) * 57,8 * 3.168 = 19.179 W (~ 19,2 kW)


92

Antes de mais nada convém relembrar a definição dotermo carga, da Sec. 7.1.1: Neste material a palavracarga significa: “ O conjunto de componentes damáquina que se move, ou que está em contato e exerceinfluência sobre eles, começando a partir da ponta-de-eixo do motor”.

Devemos iniciar preocupando-nos com a carga, e nãocom o motor ou com o inversor. Um bom trabalho dedecisão a respeito do melhor sistema de acionamentode uma máquina requer que a máquina em sí sejaconsiderada primeiramente. Se você não conhece amáquina em profundidade não poderá tomar decisõesacertadas com respeito ao seu acionamento.

Com esta finalidade é de grande utilidade um “checklist”, que contenha uma coletânea de sugestões deperguntas a serem feitas. Pergunte-se a respeito daperformance e das demandas da máqu ina. A carga éconstante ou variável? É n ecessária uma aceleraçãorápida? Neste caso, qual é o máximo tempo deaceleração admitido? O regime de serviço é contínuo,ou interrompido, e repetido em intervalos? O Anexo 2apresenta uma proposta bem mais extensa de um tal“check list”, que pode inclusive ser expandido,adaptado para o seu caso específico.Vamos nos concentrar daqui por diante nadeterminação do torque demandado pela carga.

Geralmente os dados a respeito do torque demandadopela carga são apresentados na forma de um gráfico“torque versus velocidade”. Não precisa ser um gráficoimpecavelmente produzido, com linhas perfeitas ecoloridas. Importante é que seja de bom tamanho (nãomuito pequeno), e em escala. Pode muito bem ser feitoa mão.

Geralmente as cargas caem em uma das seguintescategori as:

l Torque constanteO torque demandado pela carga apresenta o mesmovalor ao longo de toda a faixa de velocidades. Logo,a demanda de potência cresce linearmente com avelocidade (figura 7.2a). Uma esteiratransportadora movimentando uma carga de 1 ton


7.2 O QUE A CARGAREQUER ?

7.2.1 Tipos de cargas

93

de peso a 0,1 m/s, por exemplo, requeraproximadamente o mesmo torque que se estivessea 1,0 m/s. Outros exemplos de cargas com este tipode comportamento são: equipamentos de içamento(guindastes e elevadores), laminadores, extrusoras,e bombas de deslocamento positivo (de pistões, deengrenagens e helicoidais).

l Potência constanteO torque inicial é elevado e diminuiexponencialmente com o aumento da velocidade.A potência demandada permanece constante aolongo de toda a faixa de variação de velocidade(figura 7.2b). Isto normalmente é o caso emprocessos onde há variações de diâmetro, tais comomáquinas de bobinamento e desbobinamento, edesfolhadores, bem como em eixos-árvore demáquinas-ferramenta. Quando o diâmetro émáximo, é demandado máximo torque a baixavelocidade. A medida que diminui o diâmetro,diminui também a demanda de torque, mas avelocidade de rotação deve ser aumentada paramanter constante a velocidade periférica.

l Torque linearmente cr escenteO torque cresce de forma linear com o aumento davelocidade, e portanto a potência cresce de formaquadrática com esta (figura 7.2c). Exemplo decarga com este comportamento são prensas.

l Torque com crescimento quadráticoO torque demandado aumenta com o quadrado davelocidade de rotação, e a potência com o cubo(figura 7.2d). Exemplos típicos são máquinas quemovimentam fluidos (líquidos ou gases) porprocessos dinâmicos, como, por exemplo, bombascentrífugas, ventiladores, exaustores e agitadorescentrífugos. Estas aplicações apresentam o maiorpotencial de economia de energia já que apotência é proporcional à velocidade elevada aocubo.


94

O pico de torque é diferente para cada tipo demáquina e precisa ser corretamente identificado. Emalguns casos o torque de partida é muito elevado, talcomo num transportador muito pesado. Uma carga dealta inércia que requer aceleração muito rápida,igualmente terá uma alta demanda de torque durantea aceleração. Outras aplicações apresentarão demandamáxima durante a operação em regime, e não napartida, com sobrecargas súbitas aparecendoperiodicamente.


Figura 7.2a - Cargas típicas (torq ue constante)

Figura 7.2c - Cargas típicas (torq ue linearmentecrescente

Figura 7.2b - Cargas típicas (po tência constante)

Figura 7.2d - Cargas típicas (torq ue com crescimentoquadrático)

7.2.2 O pico de carga

95

Por vezes é necessário determinar o torquedemandado por uma máquina existente, que tem ummotor CA alimentado diretamente pela rede. Acorrente elétrica consumida pelo motor é um bomindicativo do torque demandado. Se for possíveltomar valores de corrente em cada uma das condiçõesde operação da máquina, pode-se chegar a uma boaaproximação do torque demandado pela máquina. Acorrente deveria ser medida em uma das fases domotor no momento da p artida, durante a aceleração,durante o funcionamento normal e ainda emeventuais situações de sobrecarga. Importantetambém é determinar a duração de cada uma dessascondições dentro do ciclo da máquina.

Em seguida verifica-se o valor da corrente nominal naplaqueta de identificação do motor.

Exemplo:Um motor de 15 kW, 1760 rpm, 220 V tem umacorrente nominal de 52,0 A. O rendimento destemotor a 100 % da potência nominal é de 89,8 %. Istosignifica que 89,8 % de 52,0 A = 46,7 A vão produzirtorque. Os demais 52,0 – 46,7 = 5,3 A vão suprir asperdas e produ zir a excitação do motor.

O torque nominal do motor pode ser calculado apartir da potência e da rotação nominais, como segue(eq. 7.3)

T = 15000/((2pi/60) x 1760) = 81,4 Nm

Pode-se dizer que o motor vai desenvolver então

81,4 Nm / 46,7 A = 1,743 Nm/A produtor de torque

Assim, a uma leitura de corrente de 20 A, porexemplo, corresponderá um torque de

(20 – 5,3) x 1,743 = 25,6 Nm

Este raciocínio é válido até a rotação nominal. Otorque de um motor CA operando com inversor defreqüência acima da rotação nominal variainversamente ao quadrado da velocidade. Logo, auma velocidade igual ao dobro da rotação nominal omotor produz apenas ¼ do torque nominal.


7.2.3 Estimando cargas

96

Considerando-se que as perdas no cobre são resultado dacorrente do motor, então a perda de potência seráproporcional à carga. Dessa forma, se o motor gira maislento, com a mesma corrente nominal (determinada pelacarga) gerando a mesma perda de potência que ocorreem velocidades mais elevadas, o motor se sobreaquece,pois há um menor fluxo d e ar de refrigeração disponívelquando o ventilador do motor se movimenta emvelocidades menores (motores autoventilados). Quando omotor é ut ilizado em aplicaçoes para controle deventiladores ou bombas centrífu gas, a carganormalmente diminui, conforme a velocidade se reduz,dessa forma o sobreaquecimento deixa de existir. Emaplicações onde o motor deve desenvolver pleno torque(100% da corrente) em baixa velocidade, osobredimensionamento ou ut ilização de motores com umfator de serviço mais elevado se torna necessário.

OBSERVAÇÃO:Chama-se fator de serviço (FS) o fator que aplicado àpotência nominal, indica a carga permissível que podeser aplicada continuamente no moto r, sob condiçõesespecificadas. Note que se trata de uma capacidade desobrecarga contínua, ou seja, uma reserva de potênciaque dá ao motor uma capacidade de ainda suportar ofuncionamento em condições desfavoráveis. O fator deserviço não deve ser confundido com a capacidade desobrecarga momentânea, durante alguns segundos. Ofator de serviço FS = 1,0, significa que o motor não foiprojetado para funcionar continuamente acima da suapotência nominal. Isto, entretanto, não muda a suacapacidade para sobrecargas momentâneas.

l MOTOR AUTOVENTILADOPara a utilização de motores autoventilados padrão, aredução da ventilação nas baixas rotações faz com queseja necessária uma diminuição no torque demandado domotor ou o sobredimensionamento do mesmo, de modo amanter sua temperatura dentro dos limites da sua classetérmica. O fator de redução do torque (“derating factor”),que leva em consideração as influências da redução daventilação em baixas rotações, bem como das harmônicase do enfraquecimento d e campo nas rotações acima danominal para motores fechados, auto-ventilados, comcarcaça de ferro-fundido, está representada na figura 7.3e equacionada a seguir:


7.3 SELEÇÃO DEACIONAMENTOS(MOTOR/INVERSOR)

7.3.1 Operação abaixo darotação nominal

97

Figura 7.3 - Curva “torque x freqüência” para motores fechados, auto-ventilados

A curva foi obtida experimentalmente, em condiçõesde alimentação com uma onda senoidal e fluxonominal no entreferro. As equações correspondentesa cada trecho da curva da figura 7.3 são as seguintes:

A freqüência normalizada, fr , dada por

fr = f / fn

(7.6)

sendo: f - freqüência de operação [Hz]

fn - freqüência nominal [Hz]

Para 0 <= f r < 0,25

T/Tn = 1,49 * f r + 0,28(7.7)

Para 0,25 <= f r < 0,50

T/Tn = 0,74 * f r + 0,47(7.8)

Para 0,50 <= f r < 0,83

T/Tn = 0,28 * f r + 0,70(7.9)


98

Para 0,83 <= f r < 1,0

T/Tn = 0,93(7.10 )

Para fr > 1,0

T/Tn = 0,93 / f r

(7.11 )

Exemplo:Um motor fechado, autoventilado, de freqüêncianominal f n = 60Hz, devido à redução na capacidade derefrigeração quando operando a f = 30 Hz, podefornecer

fr = 30 / 60 = 0,5(eq. 7.6)

T/Tn = 0,28 * 0,5 + 0,70 = 0,84(eq. 7.9),

ou seja, somente 84 % do seu torque nominal,

e a f = 15Hz

fr = 15 / 60 = 0,25(eq. 7.6)

T/Tn = 0,74 * 0,25 + 0,47 = 0,655(eq. 7.8),

ou seja, somente 65,5% do seu torque nominal.

l MOTOR COM VENTILAÇÃO INDEPENDENTECom a utilização de motores com ventilaçãoindependente, não existirá mais o problema desobreaquecimento do motor por redução derefrigeração, podendo o mesmo ser dimensionado coma carcaça normal e potência necessária aoacionamento.

Para motores com ventilação independente, oventilador que era acoplado ao próprio eixo do motoragora é acoplado à um outro motor indepen dente, quegeralmente é acoplado ao motor principal porintermédio de uma flange defletora especial quepermite o suporte mecânico do motor da ventilação.


99

Figura 7.4 - Característica de torque disponível x rotação em motorescom ventilação independente

Um motor padrão para operar em rede de freqüênciade 50 ou 60 Hz pode girar a freqüências mais altasquando alimentado por um conversor de freqüência.A velocidade máxima depende do seu balanceamentomecânico e dos rolamentos.

Neste caso, como o motor funcionará comenfraquecimento de campo, a máxima velocidadeestará limitada pelo torque disponível do motor e pelamáxima velocidade periférica das partes girantes domotor (ventilador, rotor, mancais).

Figura 7.5 - Diminuição de torque devido ao aumento de velocidade


7.3.2 Operação acima darotação nominal

100

A potência admissível de um inversor de freqüência édeterminada levando-se em consideração,principalmente, dois fatores:

l Altitude em que o inversor será instalado;

l Temperatura do meio refrigerante;

Conforme a NBR-7094, as condições usuais de serviço,são:

a) Altitude não sup erior a 1000 m acima do nível domar;

b) Meio refrigerante (ar ambiente) com temperaturanão superior a 40ºC;

Nos casos em que o inversor deva trabalhar comtemperatura do ar de refrigeração na potêncianominal, maior do que 40ºC e/ou em altitude maior doque 1000m acima do nível do mar, deve-se consideraros seguintes fatores de redução:

l EFEITO DA TEMPERATURA AMBIENTEA redução da potência (corrente) nominal do inversorde freqüência, devido à elevação da temperaturaambiente, acima de 40oC e limitada a 50 oC, é dada pelarelação e gráfico a seguir:

Fator de redução = 2% / ºC(7.12 )

Figura 7.6 - Curva de redução de potência nominal em função doaumento da temperatura


7.3.3 Casos especiais

101

l EFEITO DA ALTITUDEInversores funcionando em altitudes acima de1000 m, apresentam problemas de aquecimentocausado pela rarefação do ar e, conseqüentemente,diminuição do seu poder de arrefecimento.

A insuficiente troca de calor entre o inversor e o arcircundante, leva a exigência de redução de perdas, oque significa, também redução de potência. Osinversores tem aquecimento diretamenteproporcional às perdas e estas variam,aproximadamente, numa razão quadrática com apotência.

Segundo a norma NBR-7094, os limites de elevaçãode temperatura deverão ser reduzidos de 1% paracada 100m de altitude acima de 1000 m.

A redução da potência (corrente) nominal doconversor de freqüência, devido à elevação daaltitude acima de 1000 m e limitada a 4000 m, édada pela relação e gráfico a seguir:

Fator de redução = 1 % / 100m(7.13 )

Figura 7.7 - Curva de redução de potência nominal em função doaumento da altitude


102

A seguir serão tratadas algumas aplicações típicas.

l BOMBAS CENTRÍFUGAS E VENTILADORESBombas centrífugas e ventiladores são consideradosem conjunto, pois ambos são máquinas rotativas cujafunção é aumentar a energia de um fluido, a partir deuma fonte externa, geralmente um motor elétrico.Portanto, o método de seleção de motor/inversor ébasicamente o mesmo para os dois.

Esta família de máquinas têm como característica que otorque de carga apresenta crescimento quadráticocom a rotação (veja sec. 7.2.1, item 4). Por exemplo,caso seja duplicada a rotação da máquina com vistas aaumentar a vazão e/ou a pressão, será demandado umtorque 4 vezes maior para tal.

Os dados disponíveis a respeito da máquina podem ser (a)a curva “vazão V x pressão p” ou (b) o torque Tdemandado a plena carga. A vazão V é expressa comovolume deslocado por unidade de tempo, e no SI é dadaem m3/s. A pressão p é dada em Pascal (Pa = N/m 2). Oproduto da vazão pela pressão nas respectivas unidadesSI resulta na potência fluídica Pf em Watt (W).

Pf = V * p(7.14 )

Alternativamente, o torque T a plena carga pode serusado juntamente com a rotação n da bomba ouventilador para calcular a potência mecânica Pm (eq.7.3) demandada pela máquina:

Pm = (2* π/60) * T * n

A bomba ou ventilador apresenta uma eficiência fluídicaηt de acordo com a qual ela converte a energia mecânicaem energia do fluido. Pode haver ainda uma transmissãointermediária, entre motor e bomba ou v entilador, comuma ef iciência característica ηt

A potência mecânica mínima a ser fornecida pelomotor será então

PM = P f / ( ηf * ηt)(7.15 )

ouPM = P m / ηt

(7.16 )


7.4 APLICAÇÕES TÍPICAS

103

Em ventiladores de rotor muito grande e pesadopoderá ser necessário fazer uma verificação do tempode aceleração. (Eq. 7.4)

Caso se deseje fazer controle de vazão ou pressãoatravés da variação da rotação do motor, deve-selevar em conta os seguintes aspectos com relação àfaixa de variação de rotação:

Para rotações acima da rotação nominal do motordeve-se tomar o cuidado de não ultrapassar apotência nominal do motor, para que não se entre emcondição de sobrecarga.

Para rotações abaixo da nominal não existemproblemas, uma vez que há a diminuição quadráticado torque de carga, não havendo portanto problemasde sobreaquecimento por redução da ventilação, nemde sobrecarga do motor.

O controle da vazão ou da pressão através da variaçãode velocidade possibilita uma grande economia deenergia. As outras formas de controle de vazãopressão utilizam componentes limitadores (válvulas,recirculadores, dampers, etc.), e o motor operasempre em condição de carga nominal, absorvendopotência nominal da rede. Em sistemas de controle devazão ou pressão utilizando inversor de freqüência, apotência absorvida da rede é apenas a necessária nacondição de operação do sistema.

Exemplo:Dimensionar o motor para acionar um ventilador comas seguintes características:• Rotação máxima: n = 1.780 rpm• Inércia do rotor: J = 20 kgm 2

• Acoplamento direto ao motor• Torque de partida: T 0 = 11 % do torque a plena

carga• Torque a plena carga: T = 320 Nm

A rotação do motor será 1.800 rpm, ou seja, um motorde IV pólos. A potência mecânica P m requerida peloventilador é

Pm = (2* π/60) * 320 * 1.780 = 59.648 W (~59,6 kW)


104

Como o acoplamento é direto,

PM = Pm = 59,6 kW

Consultando o catálogo de motores, observa-se que omotor imediatamente acima da potência calculada é ode potência nominal P M = 75 kW.

Para se fazer a verificação do tempo de aceleração ta, énecessário determinar o torque médio da carga Tméd C eo torque médio do motor Tméd M .

O torque médio da carga é dado por:

Tméd C = (2 * T 0 + T) / 3 = (2 * 0,11 * 320 + 320) / 3= 130,1 Nm

O torque médio do motor é dado por

Tméd M = 0,45 * (T p / T n + Tmáx / T n) * Tn

Do catálogo do fabricante, para o motor de 75 kW, IVpólos:

Tn = 395,3 Nm

Tp / T n = 3,2

Tmáx / T n = 3,2

Logo,

Tméd M = 0,45 * (3,2 + 3,2) * 395,3 = 1.138,6 Nm

O torque médio de aceleração Tméd a é, portanto,

Tméd a = (Tméd M - T méd C ) = 1.008,5 Nm

Também do catálogo do fabricante do motor, obtém-se omomento de in ércia de massa do rotor do motor, JM

JM = 0,94830 kgm 2

Assim, utilizando a equação 7.4 pode-se calcular otempo de aceleração ta

ta = (2* π/60) * (20 + 0,94830) * (1.780 - 0) / 1.008,5= 3,9 s


105

O catálogo do fabricante informa que para este motoro máximo tempo com rotor bloqueado é de 6 s. Comoo tempo de aceleração é menor, pode-se considerá-loaceito.

É importante observar ainda que:

1. Variações na temperatura do ambiente tem comoconseqüência a correspondente variação daviscosidade do fluido, e esta por sua vez origina avariação da potência e do torque de carga.Portanto, é importante avaliar a potência e otorque de acionamento na temperatura detrabalho.

2. Se acelerações e desacelerações se repetem comfreqüência no ciclo de trabalho é ne cessário avaliartambém a capacidade térmica do motor.

3. Se há requisitos apertados de temp o de aceleraçãoe/ou desaceleração é necessário aumentar otamanho do motor/inversor e/ou utilizar recurso defrenagem respectivamente.

l EXTRUSORASEstas máquinas têm como característica apresentaremtorque de carga do tipo constante (veja sec. 7.2.1,item 1) ao longo de toda a faixa de velocidades. Deve-se tomar cuidado especial novamente para situaçõesde operação abaixo da metade da rotação nominal domotor, onde deverá ser levado em conta o problemado sobreaquecimento devido à redução da ventilaçãoem motores comuns. Este problema poderá sercontornado através (a) do sobredimensionamento dacarcaça ou (b) através da utilização de ventilaçãoforçada independente.

Deve-se dar especial atenção quanto ao material a serextrudado. Determinados materiais, como plásticos(PVC) e borrachas, requerem uma elevadaestabilidade da velocidade, podendo variar menosque 1% em relação à velocidade selecionada.Variações de velocidade acarretam variações deespessura do produto. Isto só é possível cominversores de freqüência de controle vetorial, ouacionamentos de corrente contínu a. Para materiaisnão-críticos, como ração, fios, etc, pode-se utilizarinversores de cont role escalar.


106

Outro aspecto que me rece muita atenção é com relaçãoà condição de partida da máquina, que pode ser (a)carregada e a quente, com torque resistente normal,ou (b) carregada e a frio, com torque resistente muitoelevado em relação ao normal. Para esta últimacondição deve-se levar em conta a sobrecarga inicialda extrusora, que por sua vez deverá levar a umsobredimensionamento da corrente nominal doinversor, proporcional à sobrecarga exigida pelaextrusora.

l BOBINADORES/DE SBOBINADORESOs bobinadores/desbobinadores são classificados emdois grupos, quais sejam: (a) bobinadores/desbobinadores axiais, onde a bobina é acionadadiretamente pelo seu eixo, e (b) bobinadores/desbobinadores tangenciais, onde a bobina é acionadaindiretamente através de rolos de atrito.

Os bobinadores axiais têm como característicaapresentar torque de carga do tipo potência constante(veja sec. 7.2.1, item 2). Isto se deve ao requisito deque a velocidade tangencial Vt (m/s) da bobina sejaconstante durante todo o processo.

A velocidade de rotação nb (rpm) da bobina para estacondição é dada por:

nb = (60/(2* π)) * V t / r(7.17 )

onde r é o raio da bobina em (m).

Note-se que quando a bobina está vazia (r mínimo) arotação n é máxima. A medida que o raio aumenta énecessário que a rotação diminua, para que avelocidade tangencial Vt permaneça constante.Sendo a força de tração Ft (N) também constante, otorque resistente apresentado pela carga TC (Nm) édado por:

TC = Ft * r(7.18 )

Dessa forma, a medida que o raio r da bobinaaumenta, o torque resistente TC também aumenta.


107

Para o acionamento de cargas desse tipo com motorde indução e inversor de freqüência pode-se (a)utilizar somente a faixa de rotação abaixo da rotaçãonominal do motor, levando em conta o problema dosobreaquecimento do motor em rotações abaixo dametade da nominal, ou (b) entrando na região derotação acima da nominal, onde as curvas de torqueresistente e de torque motor se assemelham, nãohavendo problemas de sobrecarga do motor nem desobreaquecimento.

Tornos de superfície (desfolhadores) também têmcomportamento semelhante.

Novamente é importante atentar para o requisito deestabilidade de velocidade de bobinamento, impostopelo material a ser bobinado, obrigando muitas vezesa utilização de inversores com controle vetorial.

Há também bobinadores axiais onde não há orequisito da velocidade tangencial ser constante.Nestes casos a rotação do motor não varia, e o torquede carga aumenta proporcionalmente ao aumento doraio da bobina.

Os bobinadores tangenciais têm como característicaque o torque de carga é do tipo constante (veja sec.7.2.1, item 1). A rotação do motor permanececonstante durante todo o processo a fim de manter avelocidade tangencial da bobina também constante.Importante apenas atentar para o problema desobreaquecimento do motor em condições deoperação em baixa velocidade, e em velocidade acimada nominal.


8INSTALAÇÃO DE INVERSORES DEFREQÜÊNCIA

8.1 Rede de alimentação elétrica

8.2 Fusíveis

8.3 Condicionamento da rede dealimentaçãol Filtro de rádio-freqüência

l Contatores

8.4 Interferência eletromagnética (EMI)l Conceitos básicos

8.5 Cabos

8.6 Aterramento

8.7 Dispositivos de saídal Relés térmicos

l Reatância de saída

8.8 Instalação em painéis - princípiosbásicos

111

Este capítulo tem como objetivoapresentar os componentes einformações gerais necessárias para ainstalação de um inversor defreqüência. A utilização de cadacomponente dependerá de cada casoparticular.

Serão abordados os seguintes tópicos(ver figura 8.1):

l Rede de Alimentação

l Manobra e proteçãoChave SeccionadoraFusíveis de Alimentação

l Condicionamento daAlimentação

Transformador IsoladorReatância de RedeFiltro de Rádio FreqüênciaContatores

l Interferência EletromagnéticaEMI Interferência EletromagnéticaRFI Interferência de RF

l Aterramento

l Cabos

l Dispositivos de SaídaRelés TérmicosReatância

l Instalação em painéis

INSTALAÇÃO DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA8

Figura 8.1

112

REDE DE ALIMENTAÇÃO DESBALANCEADAOs inversores são projetados para operar em redes dealimentação simétricas. A tensão entre fase e terradeve ser constante, se por algum motivo esta tensãovaria, por exemplo pela influência de algum outroequipamento ligado a rede, será necessário colocar umtransformador de isolação.

Os inversores geralmente não possuem proteção contracurto-circuito na entrada, sendo assim, éresponsabilidade do usuário colocar fusíveis paraproteção. Estes são normalmente especificados nadocumentação técnica.

Geralmente os inversores podem ser ligadosdiretamente a rede de alimentação. Existem, noentanto, certas condições que devem ser levadas emconta na instalação de um inversor, sendo necessária autilização de transformadores isoladores e/oureatâncias de rede.

Exemplos:

l A rede elétrica experimenta freqüentes flutuaçõesde tensão ou cortes de energia elétrica(transformador isolador / reatância).

l A rede elétrica não tem neutro referenciado ao terra(transformador isolador)

l A rede tem capacitores para correção de fator depotência não conectados permanentemente. Istosignifica que o banco de capacitores estará sendoconectado e desconectado da redepermanentemente (reatância de rede). Deve selevar em conta que a colocação de uma reatância derede reduz a tensão de alimentação emaproximadamente 2 a 3%.

As reatâncias de rede são utilizadas também para:l Minimizar falhas no inversor provocadas por

sobretensões transitórias na rede de alimentação

l Reduzir harmônicas

INSTALAÇÃO DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA88.1 REDE DE

ALIMENTAÇÃOELÉTRICA

8.2 FUSÍVEIS

8.3 CONDICIONAMENTODA REDE DEALIMENTAÇÃO

113

l Melhorar o fator de potência

l Aumentar a impedância da rede vista peloinversor.

FILTRO DE RÁDIO-FREQÜÊNCIAOs filtros de rádio freqüência são utilizados naentrada dos inversores para filtrar sinais deinterferência (ruído elétrico) gerado pelo próprioinversor, que serão transmitidas pela rede e poderiamcausar problemas em outros equipamentoseletrônicos.

Na grande maioria dos casos não são necessários poisos inversores WEG já possuem internamente um filtrona entrada que evita problemas causados porInterferência Eletromagnética (EMI). Caso sejanecessário, devem ser montados próximos aalimentação do inversor, estando tanto o inversorcomo o filtro mecanicamente sobre uma placa demontagem metálica aterrada, havendo bom contatoelétrico entre a chapa e os gabinetes do filtro einversor (ver figura 8.3).

CONTATORESCom a finalidade de prevenir a partida automática domotor depois de uma interrupção de energia, énecessário colocar um contator na alimentação doinversor ou realizar algum intertravamento nocomando do mesmo. O contador também permite umseccionamento remoto da rede elétrica que alimentao inversor.

CONCEITOS BÁSICOS

O que é EMI?A radiação eletromagnética que afeta adversamente odesempenho de equipament os eletro-eletrônicos éconhecida geralmente por EMI, ou InterferênciaEletromagnética. Muitos tipos de circuitos eletrônicossão suscetíveis a EMI e devem ser protegidos paraassegurar seu correto funcionamento. Da mesmaforma, emissões irradiadas desde dentro dosequipamentos eletrônicos podem prejudicar ofuncionamento dos mesmos ou de outrosequipamentos que se encontrem perto destes.


8.4 INTERFERÊNCIAELETROMAGNÉTICA(EMI)

114

Para assegurar o correto funcionamento deequipamentos eletrônicos, as emissõeseletromagnéticas produzidas por equipamentoscomerciais não devem exceder níveis fixados pororganizações que regulamentam este tipo de produtos.

Em que consistem as EMIs?A radiação eletromagnética são ondaseletromagnéticas formadas por dois campos: umcampo elétrico (“E”) e um campo magnético (“H”)que oscilam um a 90 graus do outro. A relação de “E”para “H” é chamada a impedância de onda. Umdispositivo que opera com alta tensão e baixa correntegera ondas de alta impedância (campos “E”).Reciprocamente, se um dispositivo opera com correnteselevadas comparado a sua voltagem, gera campos debaixa impedância (campo “H”).

A importância da impedância de onda é posta emevidência quando uma onda de EMI encontra umobstáculo tal como uma proteção de metal. Se aimpedância da onda é muito diferente da impedâncianatural da proteção, a maior parte da energia érefletida e a energia restante é transmitida e absorvidaatravés da superfície .

As emissões eletromagnéticas (EMI) da maioria dosequipamentos comerciais são tipicamente de altafreqüência e alta impedância. A maior parte do campoemitido é do tipo “E”. Os metais possuem baixaimpedância por causa de sua alta condutividade. Éassim que as ondas eletromagnéticas produzidas porcampos “E” são refletidas por proteções de metal.Contrariamente, ondas de baixa impedância (campo Hdominante) são absorvidas por uma proteção de metal.

Como proteger os equipamentos da EMI?Para proteger os equipamentos é necessário fazer umablindagem. Entende-se por blindagem a utilização demateriais condutivos para absorver e/ou refletir aradiação eletromagnética, causando uma abruptadescontinuidade no caminho das ondas. Como já foicomentado para ondas de baixa freqüência a maiorparte da energia é refletida pela superfície dablindagem, enquanto que a menor parte é absorvida.Para ondas de alta freqüência geralmente predomina aabsorção.


115

O desempenho da blindagem é uma função daspropriedades e configuração do material empregado(condutividade, permeabilidade e espessura), dafreqüência, e da distância da fonte de radiação àproteção (blindagem).

Aterramento e BlindagemO aterramento de um equipamento é de extremaimportância para o seu correto funcionamento,devido a segurança e a blindagem eletromagnética.

Todas as partes condutoras de um equipamentoelétrico que podem entrar em contato com o usuário,devem ser aterradas para proteger os mesmos depossíveis descargas elétricas. Quando umequipamento está corretamente aterrado, todas aspartes condutoras que podem entrar em contato como usuário tem que ter uma diferença de potencial dezero volts a respeito do aterramento.

A blindagem dos equipamentos é realizadanormalmente com placas metálicas formando umgabinete ou caixa. Estas devem estar ligadas umas asoutras através de materiais condutores e todascorretamente aterradas.

Quando é necessária a blindagem eletromagnética?Todo equipamento que gera ondas EMI (exemplo:transistores chaveando cargas a alta freqüência ecom altas correntes – inversores) devem possuirblindagem eletromagnética e esta deve estarcorretamente aterrada. Principalmente quando sãoutilizados em conjunto com outros equipamentoseletrônicos.

Blindagens eletromagnéticas típicas:Gabinetes metálicos utilizados em equipamentoseletrônicos provêem bons níveis de blindagemeletromagnética, a qualidade desta blindagemdepende do tipo de metal e espessura utilizada nafabricação dos gabinetes. Plástico e outros materiaisnão condutores, quando utilizados como gabinetes,podem ser metalizados com pinturas condutivas,camadas de filme metálico, etc.

Portas, aberturas, janelas, painéis de acesso, e outrasaberturas em gabinetes são um caminho de entrada esaída das EMIs. Sendo assim é necessário projetaradequadamente este tipo de aberturas para


116

minimizar a radiação emitida e absorvida.

Cabos - Os sinais elétricos transmitidos pelos cabospodem emitir radiação eletromagnética e tambémpodem absorver radiação (se comportam comoantenas) provocando falsos sinais que prejudicarão ofuncionamento do equipamento. É assim que existemcabos especiais com blindagem para minimizar estetipo de interferências.

Os inversores WEG possuem boa imunidade ainterferência eletromagnética externa. É necessárioporém seguir estritamente as instruções de instalação(ex.: o gabinete precisa ser aterrado).

Se perto do equipamento houver contatores, seránecessário instalar supressores de transientes nasbobinas dos contadores.

O cabo de conexão do inversor com o motor é uma dasfontes mais importantes de emissão de radiaçãoeletromagnética. Sendo assim é necessário seguir osseguintes procedimentos de instalação:

l Cabo com blindagem e fio-terra, como alternativapode ser usado eletroduto met álico com fiaçãocomum interna.

l Blindagem ou eletroduto metálico deve ser aterradoconforme figura 8.1.

l Separar dos cabos de sinal, controle e cabos dealimentação de equipamentos sensíveis.

l Manter sempre continuidade elétrica de blindagem,mesmo que contatores ou relés térmicos sejaminstalados entre conversor e o motor.

Cabos de Sinal e Controle:

l Cabo blindado aterrado ou eletroduto metálicoaterrado;

l Separação da fiação de potência;

l Caso necessário, cruzamento de cabos, fazê-lo a 90º.


8.5 CABOS

117

l Caso necessário seguirem na mesma canaleta, usarseparador metálico aterrado.

l Cabos paralelos (potência e sinais de controle)separados conforme tabela:

Afastar os equipamentos sensíveis a interferênciaeletromagnética (CLP, controladores de temperatura,etc) dos conversores, reatâncias, filtros e cabos domotor (mínimo em 250 mm).


MODELOS COMPRIMENTO DA FIAÇÃO DISTÂNCIA MÍNIMA(m) DE SEPARAÇÃO (mm)

Corrente de Saída < 25A ≤ 1 00 100≤ 2 4A > 100 250

Corrente de Saída > 25A ≤ 30 100≥ 2 8A > 30 250

Figura 8.2 - Instalação de equipamentos

118

Aterramento em um Único Ponto

l Filtro + conversor + motor (ver figura 8.2).

l O motor pode também ser aterrado na estrutura damáquina (segurança).

l Nunca utilizar neutro como aterramento.

l Não compartilhe a fiação de aterramento com outrosequipamentos que operem altas correntes (motoresde alta potência, máquina de solda, etc).

l A malha de aterramento deve ter uma resistênciaL < 10 Ohms

Recomenda-se usar filtros RC em bobinas decontatores, solenóides ou outros dispositivos similaresem alimentação CA. Em alimentação CC usar diodo deroda livre.

Conexão de Resistores de Frenagem Reostática

l Cabo com blindagem aterrada ou eletrodutometálico aterrado.

l Separado dos demais.

A rede elétrica deve estar referenciada ao terra (neutroaterrado na subestação).

8.6 ATERRAMENTO


119


Figura 8.3 - Montagem típica “CE” em placa metálica

l RELÉS TÉRMICOSOs inversores possuem normalmente proteção contrasobrecorrentes que tem como finalidade proteger omotor. Quando mais de um motor é acionado pelomesmo inversor será necessário colocar um relétérmico de proteção em cada motor. Como o sinal desaída do inversor é chaveado a altas freqüências,podem acontecer disparos nos relés, mesmo sem estesterem atingido a corrente nominal de disparo. Paraisto não acontecer é necessário aumentar a correntede disparo do relé em aproximadamente 10% dacorrente nominal do mo tor.

8.7 DISPOSITIVOS DESAÍDA

120

l REA TÂNCIA DE SAÍDAQuando a distância entre motor e inversor é grande(valor dependente do tipo de motor utilizado) podemocorrer:A - Sobretensões no motor produzidas por um fenômeno

chamado de onda refletida.B - Geração de capacitâncias entre os cabos de potência

que retornam para o inversor produzindo o efeito de“fuga a terra”, bloqueando o inversor.

Este tipo de problemas pode ser solucionado utilizandouma reatância entre o motor e o inversor. Estareatância devem ser projetada especialmente paraaltas freqüências, pois os sinais de saída do inversorpossuem freqüências de até 20 kHz.

As fiações blindadas nos painéis devem ser separadasdas fiações de potência e comando.Os sinais analógicos de controle devem estar em cabosblindados com blindagem aterrada em apenas umlado, sendo efetuado sempre do lado que o sinal égerado conforme figura 8.4.

Figura 8.4 - Instalação em painéis

Os sinais de encoder e comunicação serial devem seraterrados conforme orientação específica no manual doequipamento, o qual estará representado no projeto.Os cabos de aterramento de barras de (“0V” e malhas)devem ser maior ou igual a 4 mm 2.


8.8 INSTALAÇÃO EMPAINÉIS - PRINCÍPIOSBÁSICOS

121

INSTALAÇÃO DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA8Os cabos de saída de potência dos conversores devemser separados das demais fiações dentro do painel.Quando não é possível, devem cruzar-se a noventagraus.

Os cabos de entrada de sinais de transdutores tipoisoladores galvânicos devem ser separados dos cabosde saída de sinal dos mesmos.

Os aterramentos dos equipamentos devem serefetuados rigorosamente conforme tabela de fiaçãoque, por sua vez, deve estar rigorosamente conformeprojeto, ou seja, somente devem ser efetuados osaterramentos indicados no projeto, exceto osaterramentos de estrutura, placas, suporte e portas dopainel.

Conecte diferentes partes do sistema de aterramento,usando conexões de baixa impedância. Umacordoalha é uma conexão de baixa impedância paraaltas freqüências. Mantenha as conexões deaterramento as mais curtas possíveis.

9LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIAWEG

9.1 Introdução

9.2 Inversor de freqüência CFW-08

9.3 Inversor de freqüência CFW-09

125

9.1 INTRODUÇÃO

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9Como sabemos, os inversores de freqüência tem porfinalidade controlar a variação de velocidade demotores elétricos de indução trifásicos para aplicaçõesnos mais diversos segmentos industriais.

A linha de inversores de freqüência WEG representa oestado da arte em tecnologia de acionamento demotores elétricos de indução trifásicos,disponibilizando funções e recursos que permitemproteger e controlar os motores elétricos de formaextremamente facilitada e eficaz. Trabalhando comcontrole escalar ou vetorial, os inversores defreqüência WEG tem como principais aplicações:

l Agitadores e Misturadores;

l Bombas Centrifugas;

l Bombas Dosadoras de Processos;

l Esteiras Transportadoras;

l Filtros Rotativos;

l Granuladores e Pelotizadoras;

l Máquinas de Corte e Solda;

l Máquinas de Papel;

l Mesas de Rolo;

l Secadores e Fornos Rotativos;

l Ventiladores e Exaustores;

Utilizando as mais avançadas técnicas de controlevetorial de fluxo, os inversores vetoriais permitemcontrolar, além da velocidade, o torque do motor,proporcionando:

l Elevada precisão de velocidade;

l Elevada precisão de torque;

l Otimização do torque de partida;

l Excelente dinâmica;

l Tempo de resposta extremamente reduzido.

Estas características, aliada ao uso de motores deindução trifásicos permitem que os inversores defreqüência sejam utilizados em aplicações onde, até

126

data recente, somente se utiliza motores de correntecontínua, como:

l Bobinadores e Desbobinadores;

l Rebobinadeiras de Papel;

l Elevadores e Transportadores de Cargas;

l Extrusoras;

l “ Spindle “ em Máquinas-ferramenta;

l Sistemas Multimotores sincronizados;

l Guinchos, Guindastes e Pontes Rolantes;

l Laminadores de Aço;

Ou seja, consegue-se reduções significativas de custosampliando-se os níveis de controle necessários ámáquina ou processo.

A linha de inversores de freqüência WEG foi concebidapara atender às necessidades de mercados exigentescomo os mercados norte-americano e europeu. Emdecorrência desta concepção, seus produtosencontram-se certificados com os selos UL (EUA), cUL(Canadá) e CE (Comunidade Européia). Os recursosdisponíveis variam de acordo com a família.

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

127

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9Destinados ao controle e variação da velocidade demotores elétricos de indução trifásicos, os inversores dalinha CFW-08 reúnem design moderno com tecnologiaestado da arte mundial, onde destacam-se o alto graude compactação e o elenco de funções especiaisdisponíveis.

De fácil instalação e operação, este produto dispõe derecursos já otimizados em software, facilmenteparametrizáveis através de interface homem-máquinasimples, de fácil uso, que habilitam-no para utilizaçãoem controle de processos e máquinas industriais. Alémdisto, utilizando técnicas de compensação de distorçãode tempo morto, o CFW-08 Plus evita instabilidade nomotor e possiblita o aumento de torque em baixasvelocidades.

APLICAÇÕESl Bombas centrífugasl Bombas dosadoras de processol Ventiladores / Exaustoresl Agitadores / Misturadoresl Extrusorasl Esteiras transportadorasl Mesas de rolosl Granuladores / Peletizadorasl Secadores / Fornos rotativosl Filtros rotativosl Bobinadores / Desbobinadoresl Máquinas de corte e solda

BENEFÍCIOSl Controle com DSP (Digital Signal Processor) permite

uma sensível melhora no desempenho do inversorl Tecnologia estado da artel Eletrônica com componentes SMDl Controle Escalar ou Vetorial Sensorlessl Modulação PWM Senoidal - Space Vector Modulationl Módulos IGBT de última geraçãol Acionamento silencioso do motorl Interface com teclado de membrana táctill Programação flexívell Dimensões compactasl Instalação e operação simplificadasl Alto torque de partidal Kit para instalação em eletrodutos

9.2 INVERSOR DEFREQÜÊNCIACFW-08

128


0/22

0/23

0/24

0V38

0/40

0/41

5/44

0/46

0/48

0V

220-240 V 380-480 V0016 1,6 A 0010 1,0 A0026 2,6 A 00,16 1,6 A0040 4,0 A 0026 2,6 A0070 7,0 A 0027 2,7 A0073 7,3 A 0040 4,0 A0100 10 A 0043 4,3 A0160 16 A 0065 6,5 A

0100 10 A0130 13 A0160 16 A

Tabela de especificações - CFW-08Tensão INVERSOR CFW-08 MOTOR MÁXIMO APLICÁVEL DIMENSÕES

de (mm) PesoRede Alimentação Modelo Inom Tensão Potencia

(A) (V) HP kW Altura Largura Profund. (kg)

Monofásica CFW080016B2024PSZ 1,6 0,25 0,18

ou CFW080026B2024PSZ 2,6 0,5 0,37151 75 131 1,0

Trifásica CFW080040B2024PSZ 4,0 1,0 0,75

Trifásica CFW080070T2024PSZ 7,0 220 2,0 1,5

Monofásica CWF080073B2024PSZ 7,3 2,0 1,5

ou Trifásica CFW080100B2024PSZ 10 3,0 2,2 200 115 150 2,0

Trifásica CFW080160T2024PSZ 16 5,0 3,7

CFW080010T3848PSZ 1,0 0,25 0,18

CFW080016T3848PSZ 1,6 0,5 0,37151 75 131 1,0

CFW080026T3848PSZ 2,6 1,0 0,75

CFW080040T3848PSZ 4,0 2,0 1,5Trifásica 380

CFW080027T3848PSZ 2,7 1,5 1,0

CFW080043T3848PSZ 4,3 2,0 1,5200 115 150 2,0

CFW080065T3848PSZ 6,5 3,0 2,2

CFW080100T3848PSZ 10 5,0 3,7

CFW080010T3848PSZ 1,0 0,33 0,25

CFW080016T3848PSZ 1,6 0,75 0,55151 75 131 1,0

CFW080026T3848PSZ 2,0 1,5 1,1

CFW080040T3848PSZ 4,0 2,0 1,5Trifásica 440

CFW080027T3848PSZ 2,7 1,5 1,1

CFW080043T3848PSZ 4,3 2,0 1,5200 115 150 2,0

CFW080065T3848PSZ 6,5 3,0 2,2

CFW080100T3848PSZ 10 5,0 3,7

NOTAS: As potências máximas dos motores, na tabela acima, foram calculadas com base nos modelos WEG de 2 e 4 pólos. Para motores de outras polaridades(ex.: 6 a 8 pólos), outras tensões (ex.: 230V, 400V e 460V) e/ou motores de outros fabricantes, especificar o inversor através da corrente nominal do motor.

Codificação

CFW-08 0040 B 2024 P O 00 00 00 00 00 00 00 Z

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

1 Inversor de Freqüência Série CFW-08 4 Tensão de Alimentação 9 Frenagem Reostática2024 = 200-240 V 00 = standard

2 Corrente Nominal de Saída: 3848 = 380-480 V DB = frenagem reostática (IGTB interno)

5 Língua do Manual 10 Cartão de ControleP = português 00 = standardE = inglês A1 = controle 1 (plus)S = espanholF = francês 11 Filtro de EMIG = alemão 00 = não tem

FA = filtro classe A interno6 Opcionais

S = standard 12 Hardware EspecialO = com opcionais 00 = não tem

Hx = hardware especial versão X7 Grau de Proteção

00 = standard 13 Software Especial3 Fases de Alimentação N1 = Nema 1 00 = não tem

S = monofásico Sx = software especial versão XT = trifásico 8 Interface Homem-MáquinaB = monofásico ou trifásico 00 = standard 14 Final do código

SI = sem interfaceEx.: CWF080040B2024POAIZInversor de Freqüência Série CFW-08 de 4,0A, alimentação monofásica ou trifásica em 200-240 Vca, manual em português e cartãode controle Plus

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LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9Características Técnicas - CFW-08Modelo CFW-08 Standard CFW-08 PlusALIMENTAÇÃO Tensão Monofásica 200 - 240V: 200 / 220 / 230 / 240 V (+10%, -15%)

Trifásica 200 - 240V: 200 / 220 / 230 / 240 V (+10%, -15%)

380 - 480V: 380 / 400 / 415 / 440 / 460 / 480 V (+10%, 15%)

Freqüência 50 / 60 Hz +/- 2 Hz (48 ... 62 Hz)

Cos ϕ (Fator de deslocamento) Maior que 0,98

GRAU DE Standard IP 20

PROTEÇÃO Opcional NEMA 1 com kit adicional para conexão de eletroduto metálico

CONTROLE Tipo de alimentação Fonte chaveada

Método de controle DSP (Digital Signal Processor), 16 bits, modulação PWM senoidal ( Space Vector Modulation )

Tipos de controle Tensão imposta V / linear ou quadrático (escalar)

Controle vetorial sensorless (VVC: Voltage Vector Control )

Chaveamento Transitores IGBT - Freqüências Selecionáveis: 2,5 / 5,0 / 10 / 15 kHz

Variação de freqüência Faixa: 0 ... 300 Hz

Resolução de freqüência Ref. Analógica: 0,1% de Fmáx. e Ref. Digital: 0,01 Hz (f < 199Hz); 0,1Hz (f>100Hz)

Acuracidade (25ºC ± 10ºC) Ref. Analógica: 0,5% e Ref. Digital: 0,01%

Sobrecarga admissível 150% durante 60 seg. a cada 10 min. (1,5 x Inom.)

Rendimento Maior que 95%

ENTRADAS Analógicas 1 entrada isolada 0...10 V, 0...20mA ou 4...20mA 2 entradas isoladas: 0...10 V, 0...20mA ou 4...20mA

Digitais 4 entradas isoladas programáveis

SAÍDAS Relé 1 saída programável, 1 contato rev ersível (NA/NF) 2 saídas programáveis, 1 NA e 1 NF

Opções de programação: Is > Ix ; Fs > Fx ; Fe > Fx ; Fs = Fs ; Run

Analógica – 1 saída analógica i solada 0 - 10 V (8 bits)

COMUNICAÇÃO Interface serial RS-232 ou RS-485 (opcional)

Redes “Field Bus” Unidade para comunicação ProfiBus DP, DeviceNet ou ModBus (opcional)

SEGURANÇA Proteções Sobretensão e subtebsão no circuito intermediário

Sobretemperatura

Sobrecorrente na saída

Sobrecarga no motor ( i x t )

Erro de hardware, defeito externo e erro de comunicação serial

Curto-circuito na saída e curto-circuito fase-terra na saída

Erro de programação e erro de auto-ajuste

INTERFACE Comando Liga / Desliga, Parametrizaçã o (Programação de funções gerais)

HOMEM- Incrementa / Decrementa Freqüência (Velocidade)

MÁQUINA JOG, Inversão de sentido de rotação e Seleçã o Local / Remoto

(HMI) Supervisão (Leitura) Freqüência de saída no motor ( Hz )

Tensão no circuito intermediário ( V )

Valor proporcional à freqüência ( Ex.:: RPM )

Temperatura do dissipador

Corrente de saída no motor ( A )

Tensão de saída no motor ( V )

Mensagens de Erros / Defeitos

Torque de Carga

CONDIÇÕES Temperatura 0 ... 40 ºC (até 50 ºC com redução de 2% / ºC na corrente de saída)

AMBIENTE Umidade 5 ... 90% sem condensação

Altitude 0 ... 1000 m (até 4000 m com redução de 10% / 1000 m na corrente de saída)

ACABAMENTO Cor Cinza claro – PANTONE – 413 C

CONFORMIDADES Compatibilidade EMC diretiva 89 / 336 / EEC – Ambiente Industrial

/ NORMAS Eletromagnética Norma EN 61800-3 (EMC - Emissão e Imunidade)

Baixa tensão LVD 73/23/EEC - Diretiva de Baixa Tensão / UL 508C

130

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9Recursos / FunçõesEspeciais

Standard / PlusInterface Homem-Máquina incorporada - Display de LED’s 7 segmentos

Senha de h abilitação para programação

Auto-diagnóstico de defeitos e Auto-Reset

Indicação de grandeza específica (programável) - Ex.: m/min; rpm, etc)

Compensação de escorregamento

I x R manual e automático

Curva V/F ajustável (programável)

Função JOG (impulso momentâneo de velocidade)

Função “COPY” via Interface Homem-Máquina Remota (HMI-CFW08-S)

Rampas linear e tipo “S” e dupla rampa

Rampas de aceleração de desaceleração (independentes)

Frenagem CC (corrente contínua)

Função Multi-Speed (até 8 velocidades pré-programadas)

Seleção do sentido de rotação

Seleção para operação Local / Remoto

Regulador PID superposto (con trole automático de nível, pressão, etc)

Partida com o motor girando (Flying Start)

Rejeição de freqüências críticas ou ressonantes (Skip Frequency )

Operação durante falhas momentâneas da rede (Ridethru)

OpcionaisInterface Homem-Máquina remota (Display de LED’s 7 segmentos) HMI-CFW08-S

Interface Homem-Máquina remota (grau de proteção NEMA 4) HMI-CFW08-N4-S

Módulo de Interface para HMI Remota MIS-CFW08

Cabo para Interligação da HMI Remota (1 ; 2 ; 3 ; 5 ; 7,5 e 10 m) CAB-HMI08-S-X

Módulo de Comunicação Serial RS-232 MCS-CFW08

Conversor RS-232 para RS-485 (necessário módulo MCS-CFW08) MIW-02

Software de programação via microcomputador PS SUPERDRIVE

Kit NEMA 1 p ara conexão de eletroduto metálico KNI-CFW08-MX

Kit para montagem em Trilho DIN KMD-CFW08

Kit moldura para HMI-CFW-08-S KMR-CFW08-S

Unidades para ProfiBus DP MFW-01 / PD

Redes de Comunicação DeviceNet MFW-01 / DN

FieldBus ModBus RTU MFW-01 / MR

Filtro EMC com alta capacidade de atenuação Classe A interno –

Filtro EMC com alta capacidade de atenuação Classe B externo –

INTERFACE HOMEM-MÁQUINA REMO TA

SUPERDRIVE

Software de programação via microcomputador PC,em ambiente Windows para parametrização,comando e monitoração do inversor CFW-08

Modelo commódulo MCW-01

(RS-232)

Modelo comacessório

MIS-CFW8 deinterface comHMI remota

HMI-CFW08-Sremota de

fixação direta(cabos de 1 ... 10m)

KMI-CFW08-S-N4 HMIremota

com moldura e graude proteção NEMA 4(cabos de 1 ... 10m)

131

9.3 INVERSOR DEFREQÜÊNCIACFW-09

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9Os inversores de freqü ência WEG, da série CFW-09,incorporam a mais atualizada e avançada tecnologiadisponível a nível mundial para controle de motores deindução trifásicos.

A tecnologia “Vectrue ” representa um avançotecnológico incomparável, permitindo à nova geraçãode inversores WEG incorporar em um único produtotécnicas de controle Escalar, Vetorial Sensorless eVetorial com Encoder, programável unicamente porsoftware e facilmente pelo próprio usuário.

Inovações também foram introduzidas para atenderaplicações que exigem frenagem, onde um recursoespecial chamado “Optimal Braking ” pode serutilizado sem a necessidade de instalação de resistor defrenagem, tornando-se assim uma solução simples,compacta e mais econômica.

Desta forma, a WEG amplia sua família de drives paravariação de velocidade com um produto dotado deuma gama repleta de recursos, possibilitando suaadaptação e uso nas mais diversas aplicações de todosos segmentos industriais, independente do grau decomplexidade.

VECTRUE TECHNOLOGY

A tecnologia “Vectrue” desenvolvida pela WEGapresenta as seguintes vantagens:

þ Controle escalar ou vetorial programáveis no mesmoproduto

þ Controle vetorial com sensorless ou opcionalmentecom encoder

þ Controle vetorial sensorless permitindo alto torque erapidez na resposta, mesmo em velocidades muitobaixas ou na partida

þ Auto-ajuste adaptando automaticamente o controlevetorial ao motor e à carga.

OPTIMAL BRAKING

Para aplicações que exijam tempos de paradareduzidos e/ou paradas de cargas de elevada inércia,os inversores tradicionais utilizam-se da FrenagemReostática, onde a inércia cinética da carga éregenerativa ao link DC do inversor e cujo excesso édissipado sob forma de calor em um resistor de

132

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9frenagem interligado ao circuito de potência.

Os inversores CFW-09 incorporam a função “OptimalBraking “ para o modo vetorial, a qual possibilita umafrenagem ótima capaz de atender a grande maioriadas aplicações até então somente atendidas pelométodo da frenagam reostática.

Esta inovação tecnológica permite obter acionamentosde alta performance dinâmica, com torques defrenagem da ordem de 5 vezes maior que um torquecaracterístico de uma típica frenagem CC, além dagrande vantagem de dispensar o uso do resistor defrenagem.

No gráfico comparativo dos tipos de frenagemcomprovamos as vantagens significativas do método defrenagem “Optimal Braking “, assegurando assimuma solução ideal, otimizada e de custo reduzido paraas aplicações de frenagem.

Figura 9.1 - Gráfico Torque x Velocidade típico para m otor de 10cvacionado por inversor CFW-09

BENEFÍCIOS ADICIONAIS

þ Controle e programação uniformes para toda agama de potências

þ Microcontrolador RISC 32 bits de alta capacidade

þ Interface Homem-Máquina destacável tipo duplodisplay LCD+LED (para fácil programação evisualização)

þ Ampla gama de potências: 1 ... 1500cv (comunidades em paralelo até 1500 cv)

133

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9þ Dimensionamentos para Torque Constante e Torque

Variável

þ Grau de proteção NEMA 1/IP20 Standard até200cv, IP20 até 500cv

þ Instalação e programação simplificadas

þ Elevada compactação

þ Possibilidade de fixação via flange, com dissipadoratrás da placa de montagem

þ Programação via microcomputador PC - SoftwareSuperdrive (opcional)

þ Link DC acessível para alimentação em correntecontínua ou retificador regenerativo

þ Comunicação em redes Field Bus: Profibu s DP,Device Net ou Modbus RTU (opcional)

þ Evolução do produto via software para funçõesespeciais adicionais com reprogramação damemória interna tipo “Flash” Eprom

þ Na primeira energização (ou após o reset para opadrão de fábrica) o usuário é guiado pelainterface Homem-Máquin a para entrar com osdados mínimos necessários para o corretofuncionamento do inversor.

134

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9INTERFACEHOMEM X MÁQUINA

Interface de operação inteligente do tipo duplo display,LED’s e LCD, que permite ótima visualização adistância, além de incorporar uma descrição detalhadade todos os parâmetros e mensagens via display LCDalfa-numérico.

Função copy incorporada, permitindo copiar aprogramação de um inversor para outros.

DisplayLED’s

7 segmentos

DisplayLED

(cristallíquido)

disponívelpara vários

idiomas

NOTAA função de cada tecla pode ser inibidaindividualmente, via programação.

Habilita o inversor via rampa (partida).Após habilitado comuta o s indicadores do display.

à rpm à volta à estado à torque à Hz à ampère

Desabilita o inversor via rampa (parada).Reseta o inversor após a oco rrência de erros.

Incrementa velocidade ou número e valor de parâmetro.

Decrementa velocidade ou número e valor de parâmetro.

Seleciona (comuta) display de LED’s entre o número doparâmetro e seu valor (posição/conteúdo) paraprogramação.

Quando pressionada realiza a função JOG (impulsomomentâneo de velocidade).

Inverte o sentido de rotação do m otor comutando entrehorário e an ti-horário.

Seleciona o modo de operação do inversor, definindo aorigem dos comandos/referência.

135

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9SUPERDRIVE

Software de programação viamicrocomputador PC, em ambiente Windows,para parametrização, comando e monitoraçãodos inversores C FW-09.

Permite editar parâmetros on-line,diretamente no inversor, ou editar arquivos deparâmetros off-line, armazenando nomicrocomputador.

É possível armazenar arquivos de parâmetrosde todos os inversores CFW-09 existentes nainstalação.

O software também incorpora funções parapermitir “up-load” do conjunto de parâmetrosdo microcomputador para o inversor, comotambém “down-load” do inversor para omicrocomputador.

A comunicação entre o inversor e omicrocomputador é feita via s erial RS-232 (p onto aponto) ou via serial RS-405 para interligação emrede.

136


0 /

230

V38

0 /

400

/ 41

5 /

440

/ 46

0 /

480

V

Tabela de EspecificaçãoINVERSOR CFW-09 MOTOR MÁXIMO APLICÁVEL Å

Tensão Modelo Frenagem Corrente Nominal Tensão Torque Constante Torque Variávelda rede Básico Reostática (A) (V) Tamanho

CFW-09 ... CT * VT * HP kW HP kW

0006-T-2223-P-S 6,0 Ç 1,5 1,1 1,5 1,10007-T-2223-P-S 7,0 Ç 2,0 1,5 2,0 1,5

10010-T-2223-P-S PADRÃO 10 Ç 3,0 2,2 3,0 2,20013-T-2223-P-S 13 4,0 3,0 4,0 3,00016-T-2223-P-S Incorporado 16 5,0 3,7 5,0 3,70024-T-2223-P-S no produto 24 7,5 5,5 7,5 5,5 20028-T-2223-P-S 28 220 V 10 7,5 10 7,50045-T-2223-P-S 45 15 11 20 15 30054-T-2223-P-S 54 68 20 15 25 18,5 40070-T-2223-P-S OPCIONAL 70 86 25 18,5 30 22

50086-T-2223-P-S 86 105 30 22 40 300105-T-2223-P-S Interno 105 130 40 30 40 37

60130-T-2223-P-S 130 150 50 37 60 450142-T--2223-P-S 142 174 50 37 75 55 70180-T-2223-P-S OPCIONAL c/ 180 75 55 75 55

80240-T-2223-P-S unidade externa 240 100 75 100 750003-T-3848-P-S 3,6 1,5 1,1 1,5 1,10004-T-3848-P-S 4,0 2,0 1,5 2,0 1,50005-T-3848-P-S PADRÃO 5,5 3,0 2,2 3,0 2,2 10009-T-3848-P-S 9,0 5,0 3,7 5,0 3,70013-T-3848-P-S Incorporado 13 7,5 5,5 7,5 5,50016-T-3848-P-S no produto 16 10 7,5 10 7,50024-T-3848-P-S 24 15 11 15 110030-T-3848-P-S 30 36 20 15 20 15 30038-T-3848-P-S 38 45 25 18,5 30 22

40045-T-3848-P-S 45 54 30 22 30 22380 V0060-T-3848-P-S OPCIONAL 60 70 40 30 50 37

50070-T-3848-P-S 70 86 50 37 60 450086-T-3848-P-S Interno 86 105 60 45 75 55

60105-T-3848-P-S 105 130 75 55 75 550142-T-3848-P-S 142 174 100 75 125 92 70180-T-3848-P-S 180 125 92 125 92

80240-T-3848-P-S 240 150 110 150 1100361-T-3848-P-S OPCIONAL 361 270 200 270 200 90450-T-3848-P-S 450 300 220 300 220

100600-T-3848-P-S com 600 400 300 400 3000686-T-3848-P-S unidade 686 500 370 500 3700855-T-3848-P-S externa 855 600 450 600 4501140-T-3848-P-S 1140 800 600 800 600 –1283-T-3848-P-S 1283 900 660 900 6601710-T-3848-P-S 1710 1300 950 1300 9500003-T-3848-P-S 3,6 2,0 1,5 2,0 1,50004-T-3848-P-S 4,0 2,0 1,5 2,0 1,5

10005-T-3848-P-S PADRÃO 5,5 3,0 2,2 3,0 2,20009-T-3848-P-S 9,0 6,0 4,4 6,0 4,40013-T-3848-P-S Incorporado 13 7,5 5,5 7,5 5,50016-T-3848-P-S no produto 16 10 7,5 10 7,5 20024-T-3848-P-S 24 15 11 15 110030-T-3848-P-S 30 36 20 15 25 18,5 30038-T-3848-P-S 38 45 25 18,5 30 22

40045-T-3848-P-S 45 54 30 22 40 30440 V0060-T-3848-P-S OPCIONAL 60 70 40 30 50 37

50070-T-3848-P-S 70 86 50 37 60 450086-T-3848-P-S Interno 86 105 60 45 75 55

60105-T-3848-P-S 105 130 75 55 100 750142-T-3848-P-S 142 174 100 75 125 92 70180-T-3848-P-S 180 150 110 150 110

80240-T-3848-P-S 240 200 150 200 1500361-T-3848-P-S OPCIONAL 361 300 220 300 220 90450-T-3848-P-S 450 350 260 350 260

100600-T-3848-P-S com 600 500 370 500 3700686-T-3848-P-S unidade 686 600 450 600 4500855-T-3848-P-S externa 855 700 500 700 5001140-T-3848-P-S 1140 900 660 900 660 –1283-T-3848-P-S 1283 1000 730 1000 7301710-T-3848-P-S 1710 1500 1100 1500 1100

* CT = Torque Constante (T carga = CTE); VT = Torque Variável (Ex.: Torque Quadrático => T carga ~n2)

137

NOTAS

1. As potências máximas dos motores, na tabela aolado, foram calculadas com base nos modelos WEGde 2 e 4 pólos.Para motores de outras polaridades (ex.: 6 e 8pólos), outras tens ões (ex.: 230, 400 e 460 V) e/oumotores de outros fabricantes, especificar o inversoratravés da corrente nominal do motor.

2. Os modelos de inv ersores CFW09 de 6, 7 e 10A, natensão 220-230V, podem opcionalmente seralimentados por rede monofásica, sem redução decorrente (potência) nominal de saída.


138

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9CODIFICAÇÃO

1. Inversor de freqüência WEG famíli a CFW-09

2. Corrente nominal de saída do inversor em torque constante (CT)

3. Alimentação de entrada do inversor: T = Trifásica

4. Tensão de alimentação: 2223 = Faixa 220 ... 230 V3848 = Faixa 380 ... 480 V

5. Idioma do manual do produto: P = PortuguêsE = InglêsS = Espanhol

6. Versão do produto: S = StandardO = com Opcionais

7. Grau de proteção: 00 = Standard (vide tabela de características)

8. Interface Homem - Máquina (HMI): 00 = Standard (com HMI de LED’s + LCD)IL = Opcional com HMI somente de LED’sSI = Sem HMI

9. Frenagem: 00 = Standard (vide tabela de especificações)DB = Opcional com frenagem reostática incorporada internamente

10. Cartões de expansão de funções: 00 = Standard (não há)A1 = Opcional EBA . 01-CFW09 incorporadoA2 = Opcional EBA . 02-CFW09 incorporadoA3 = Opcional EBA . 03-CFW09 incorporadoB1 = Opcional EBB . 01-CFW09 incorporadoB2= Opcional EBB . 02-CFW09 incorporadoB3 = Opcional EBB . 03-CFW09 incorporado

11. Cartões para rede de comunicação: 00 = Standard (não há)PD = Opcional KFB - PD (Rede Profibus DP) incorporadoDN = Opcional KFB - DN (Rede Device Net) incorporadoMR = Opcional KFB - MR (Rede Modbus RTU) incorporado

220 ... 230 V 380 ... 480 V

006 = 6,0 A 0003 = 3,6 A0007 = 7,0 A 0004 = 4,0 A0010 = 10 A 0005 - 5,5 A0013 = 13 A 0009 = 9,0 A0016 = 16 A 0013 = 13 A0024 = 24 A 0016 = 16 A0028 = 28 A 0024 = 24 A0045 = 45 A 0030 = 30 A0054 = 54 A 0038 = 38 A0070 = 70 A 0045 = 45 A0086 = 86 A 0060 = 60 A

0105 = 105 A 0070 = 70 A0130 = 130 A 0086 = 86 A0142 = 142 A 0105 = 105 A0180 = 180 A 0142 = 142 A0240 = 240 A 0180 = 180 A

0240 = 240 A0361 = 361 A0450 = 450 A0600 = 600 A0686 = 686 A0855 = 855 A

1140 = 1140 A1283 = 1286 A1710 = 1710 A

çç

CFW-09 0016 T 3848 P O 00 SI DB A1 DN H1 S3 Z

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

139

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG912. Hardware especial: 00 = Standard (não há)

H1 ... Hn = Opcional com versão de hardware especial H1 ... Hn

13. Software especial: 00 = Standard (não há)S1 ... Sn = Opcional com versão de software especial S1 ... Sn

14. Final do código: Z = Dígito indicador de final de codificações do produto

MECÂNICA LARGURA ALTURA PROFUNDIDADE PESO“ l “ (mm) “ H “ (mm) “ P “ (mm)

1 143 210 3,0196

2 182 290 5,3

3 223 390 17

4 250 475 274 22

5 550 30

6 335 675 300 43

7 835 310 55

8 410 975 370 80

9 688 1020 190492

10 700 1185 230

Exemplos:CFW09 0013 T 2223 P S ZCFW09 0105 T 3848 P O IL A1 PD ZCFW09 0086 T 3848 P O SI DB B2 MR S3 Z

NOTANão é necessário colocar 00 (Standard) no código.

DIMENSÕES E PESO

140

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9Características Técnicas - CFW-09

ALIMENTAÇÃO Tensão Trifásica: 220-230V: 220/230V e 380-400V: 380/400/415/440/460/480V (+10%, -15%)Freqüência 50 / 60Hz +/- 2Hz (48 ... 62Hz)Desbalanceamento entre fases Menor que 3%Cos ϕ (fator de deslocamento) Maior que 0,98

GRAU DE Standard NEMA 1 / IP20 (modelos Tamanhos 1 ... 8)PROTEÇÃO IP20 (modelos Tamanhos 9 ... 10)CONTROLE Tipo de alimentação Fonte chaveada

Microcontrolador Tipo RISC 32 bitsMétodo de controle PWM Senoidal SVM (Space Vector Modulation)

Reguladores de corrente, fluxo e velocidade implementados com software (Full Digital)Tipos de controle Escalar (tensão imposta - U / F )

Vetorial Sensorless (sem Encoder)Vetorial com encoder

Chaveamento Transistores IGBT - Freqüências selecionáveis: 1,25 / 2,5 / 5,0 / 10 kHzVariação de freqüência 0 ... 204Hz (para rede em 60Hz)

0 ... 170Hz (para rede em 50Hz)acima de 204Hz (sob consulta)

Sobrecarga a dmissível 150% durante 60 segundos a cada 10 minutos (1,5 x Inom. - CT)180% durante 1 segundo a cada 10 minutos (1,8 x Inom. - CT)

Rendimento Maior que 97%PERFORMANCE Controle de velocidade Regulação: 1% da velocidade nominal c/ compensação de escorregamento

(modo escalar) U / F Resolução: 1rpm (referência via teclado)Faixa de regulação de velocidad e = 1:20

Controle de velocidade Regulação: 0,5% da velocidade nominal(modo ve torial) Sensorless Resolução: 1rpm (referência via teclado)

Faixa de regulação de velocidade = 1:100Faixa de regulação de velocidade = até 0rpm

com Regulação:Encoder ¬ +/- 0,1% da velocidade nominal para ref. analógica 10 b its

+/- 0,01% da velocidade nominal para ref. digital (ex: teclado, FieldBus)+/- 0,01% da velocidade nominal para r ef. analógica 14 bits

Controle de torque Torque Regulação: +/- 10% do torque nominal(modo ve torial) Faixa de regulação de torque: 0 ... 150% do torque nominal

ENTRADAS Analógicas 2 entradas diferenciais programáveis (10 bits): 0 ... 10V, 0 ... 20 mA ou 4 ... 20 mA1 entrada programável bipolar ( 14 bits): -10 ... +10V, 0 ... 20 mA ou 4 ... 20mA ¬1 entrada programável isolada (10 bits): 0 ... 10V, 0 ... 20mA ou 4 ... 20 mA ) ¬

Digitais 6 entradas progr amáveis isoladas: 24Vcc1 entrada progr amável isolada: 24Vcc ¬1 entrada programável isolada: 24Vcc (para termistor PTC do motor) ¬

Encoder in cremental 1 entrada diferencial, com fonte interna isolada 12Vcc ¬SAÍDAS Analógicas 2 saídas programáveis (11 bits): 0 ... 10V

2 saídas programáveis bipolares (14 bits): -10 . .. +10V ¬2 saídas programáveis isoladas (11 bits): 0 ... 20 mA ou 4 ... 20 mA ¬

Relé 2 saídas programáveis, contatos NA/NF (NO/NC): 240Vca, 1A1 saída programável, contato NA (NO): 240Vca, 1A

Transistor 2 saídas programáveis isoladas OC: 24Vcc, 50 mA ¬Encoder 1 saída diferencial isolada de sinal de Encoder: alimentação externa 5 ... 15Vcc ¬

COMUNICAÇÃO Interface serial RS-232 via kit serial KCS - CFW09 (ponto a ponto) ¬RS-485, isolada, via cartões EBA ou EBB (multiponto até 30 inversores) ¬

Redes “Field Bus” Profibus DP, Device Net ou Modbus RTU, via kits adicionais KFB ¬SEGURANÇA Proteções Sobretensão no circuito intermediário Curto-circuito na saída

Subtensão no circuito intermediário Curto-circuito fase-terra na saídaSobretemperatura no inversor Erro externoSobretemperatura no motor Erro de autodiagnoseSobrecorrente na saída Erro de programaçãoSobrecarga no motor ( i x t ) Erro de comu nicação serialSobrecarga no r esistor de frenagem Erro de ligação invertida (motor ou Encoder)Erro na CPU (Watchdog) / EPROM Falta de fase na alimentação (mod. ≥ = 30A)Falha de encoder incremental Falha de conexão da interface HMI - CWF09

CONDIÇÕES DO Temperatura 0 ... 40 ºC (até 50 ºC com redução de 2% / ºC na co rrente de saída)AMBIENTE Umidade 5 ... 90% sem condensação

Altitude 0 ... 1000 m (até 4000 m com redução de 10% / 1000 m na corrente de saída)ACABAMENTO Cor Tampa plástica: cinza claro PANTONE 413 C (p/ tamnhos 1 ... 2)

Tampa e laterais metálica: cinza claro RAL 7032 (p/ tamnhos 3 ...10)Base: cinza escuro RAL 7022 (p/ tamanhos 3 ...10)

CONFORMIDADES / Compatibilidade EMC diretiva 89 / 336 / E EC: ambiente industrialNORMAS eletromagnética Norma EN 61800-3 (EMC - emissão e imunidade)

Baixa tensão LVD 73 / 23 / EEC: diretiva de baixa tensão / UL 508CNorma IEC 146 Inversores a semicondutoresNorma UL 508 C Equipamentos para conversão de energiaNorma EN 50178 Equipamentos eletrônicos para uso em instalações de potênciaNorma EN 61010 Requisitos de segurança p/ equiptos elétricos p/ uso em medição, controle e laboratórios

CERTIFICAÇÕES UL (USA) e cUL (CANADÁ) Underwriters Laboratories Inc. USACE (EUROPA) (pendente)

1 Opcional

141

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9Características Técnicas - CFW-09

INTERFACE Comando Liga / Desliga, Parametrização (programação de fun ções gerais)HOMEM-MÁQUINA Incrementa / Decrementa velocidade

JOG, inversão de sentido de rotação e seleção Local / RemotoSupervisão (Leitura) Referência de velocidade (rpm) Corrente de saída no motor (A)

(HMI - CFW09) Velocidade no motor (rpm) Tensão de saída no motor (V)Valor proporcional à velocidade (ex.: m/min) Estado do inversorFreqüência de saída no motor (Hz) Estado das entradas dig itaisTensão no circuito in termediário (V) Estado das saídas digitais (transistor)Torque no motor (%) Estado das saídas a reléPotência de saída (kW) Valor das entradas analógicasHoras de produto energizado (h) 4 últimos erros armazenados em memóriaHoras de funcionamento / trabalho (h) Mensagens de Erros / Defeitos

RECURSOS / Standard (Padrão) Interface homem-máquina incorporada com duplo display LCD + LED (HMI-CFW09-LCD)FUNÇÕES Senha de h abilitação para programaçãoDISPONÍVEIS Seleção do idioma da IHM (LCD) - Português, Inglês, Espanhol

Seleção do tipo de c ontrole (via parâmetro): Escalar U/F, Sensorless ou com encoderAuto-diagnóstico de defeitos e auto-reset de falhasReset para programção padrão de fábrica ou para padrão do usuárioAuto-ajuste do inversor as condições da carga (self tuning)Indicação de grandeza específica (programável) - Ex.: m/min; rpm; I/h; %, etc)Compensação de escorregamento - modo U/FI x R (boost de torque) manual ou automático - modo U/FCurva U/F ajustável (programável) - modo U/FLimites de velocidade mínima e máximaLimite da corrente máximaAjuste da corrente de sobrecargaAjuste digital do ganho e do offset das entradas analógicasAjuste digital do ganho d as saídas analógicasFunção JOG (impulso momentâneo de velocidade)Função JOG + e JOG - (incremento / decremento momentâneo de velocidade)Função “COPY” (inversor → HMI ou HMI → inversor)Funções específicas programadas em saídas digitais (relé):N* > Nx; N > Nx ; N < Nx; N = 0; N = N*; Is > Ix; Is < Ix; T > Tx e T < TxOnde: N = Velocidade; N* = Referência; Is = Corrente saída e T = Torque motorRampas linear e tipo “S” e dupla rampaRampas de aceleração e desaceleração independentesFrenagem CC (corrente contínua)Frenagem Ótima (Optimal Braking) - Modo vetorialFrenagem reostática incorporada - mode los até 45A / 220-230V e até 30A / 380-480VFunção multi-speed (até 8 velocidades pré-programadas)Função c iclo automático do processo -Recursos especiais: horímetro, wattímetro (kW)Regulador PID superposto (controle automático de n ível, vazão, pressão, peso, etc) -Seleção do sentido de rotação (horário / anti-horário)Seleção para operação Local / RemotoPartida com o motor girando (Flying S tart) -Rejeição de velocidades críticas ou ressonantes (Skip Speed)Operação durante falhas momentâneas da rede (Ride-Through) -

Opcionais Sem interface Homem-Máquina Local Modelos “SI”Interface Homem-Máquina Local S implificada (display LED’s) HMI-CFW09-LEDInterface Homem-Máquina Remota NEMA 4 (display de LED’s) HMI-CFW09-LED-N4Interface Homem-Máquina Remota NEMA 4 (display LCD) HMI-CFW09-LCD-N4Cabo para interligação da HMI Remota (1, 2, 3, 5, 7.5 e 10 m) CAB - HMI 09 - XTampa cega para HMI local TCL - CFW09Tampa cega para HMI remota TCR - CFW09Kit moldura para interface remota KMR - CFW09Cartões de expansão de funções EBA . 0X - CFW09

EBB . 0X - CFW09Kits para redes de comunicação Profibus DP KFB - PD Field Bus Device Net KFB - DN(instalação interna ao inversor) Modbus RTU KFB - MRKit SUPERDRIVE com interface Software SUPERDRIVEComunicação Serial RS-232 Conectores e cabos KSB - CFW09(inversor ↔ micro PC) KCS - CFW09Módulo Interface Serial RS-232 KCS - CFW09Frenagem reostática incorporada (transistor interno) Modelos “DB”Modelos: 54 ... 142A / 220-230V e 38 ... 142A / 380-480VKit frenagem reostática (unidade externa) DBW - 01Modelos: 180 ... 600A / 220-230 e 380-480VKit fixação via flange (p/ modelos tamanhos 3 ... 8) KMF - CFW09Kit Montagem Extraível (p/ modelos tamanhos 9 ... 10) KME - CFW09KIt Indutor para Link DC (p/ modelos tamanhos 2 ... 8) KIL - CFW09Filtro EMC com alta capacidade de atenuação RF

1 Disponível em breve (Dados sujeitos a alteração sem prévio aviso.)

OP

CIO

NA

L

142

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9Acessórios e Periféricos

Interface de operação com duplo display,LED’s e LCD, com recursos completos viacódigos e mensagens com textosalfanuméricos e função Copy, parainstalação local (tampa do inversor) ouremota em porta de painel. Distânciamáxima 5m (sem moldura) e 10m (commoldura KMR).

Interface de operação simplificada, comdisplay de LED’s, opcional para soluções decusto reduzido, para instalação local(tampa do inversor) ou remota em portade painel. Distância máxima 5m (semmoldura) e 10m (com moldura KMR).

Módulos de tampa cega, local (TCL) paratampa de inversor e remota (TCR) paramoldura da Interface Homem-Máquina(HMI) remota, destinados ao fechamentocompleto do produto quando usado sem aHMI.

Kit interface serial, para conexão doinversor CFW09 a um microcomputadorPC, para uso do software SUPERDRIVE deprogramação e monitoração do inversor;ou a outros equipamentos, viacomunicação serial RS-232.

REMOTALOCAL

Moldura para instalação / fixação deInterface Homem-Máquina, remota aoinversor, para transferência de operaçãodo inversor para a porta do painel ou paraum console da máquina. Distância máxima10m.

Interface Homem-Máquina remota, comgrau de proteção NEMA 4/IP 56, paraoperação remota em porta de painel ouconsole de máquina, destinada aambientes com incidência de água ououtros agentes agressivos (pó, fibras,cimento, etc). Distância máxima 10m.

INTERFACEHOMEM-MÁQUINA

COMPLETA

HMI - CFW09 - LCD


SIMPLIFICADA(opcional)

HMI - CFW09 - LED

TAMPAS CEGAS

TCL - CFW09

TCR - CFW09

KIT INTERFACECOMUNICAÇÃO SERIAL

RS-232

KCS - CFW09

KIT MOLDURAPARA INTERFACE

REMOTA

KMR - CFW09


REMOTANEMA 4 - LCD

HMI - CFW09 - LCD - N4

143

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9CABOS PARA

INTERLIGAÇÃODE INTERFACE

REMOTA

CAB - HMI09 - X

Cabos com comprimento (X) de 1; 2; 3; 5;7.5 e 10 metros.Cabos especiais com comprimentossuperiores, sob consulta.

KITS PARA REDESDE COMUNICAÇÃO

“FIELDBUS”

CARTÕES DE EXPANSÃODE FUNÇÕES

EBA 0X - CFW09 EBB . 0X - CFW09

Configuração EBA. ... EBB. ...

Funções 01 02 03 01 02 03

Entrada de encoder • • •

Saída de encoder • •

Serial RS-485 • • •

A/D de 14 bits • •

D/A’s de 14 bits • •

Entrada isolada • •

Saídas isoladas • •

Entradas e saídas digitais • • • • • •+ termistor

Profibus DP ⇒ KFB - PD

Device NET ⇒ KFB - DN

Modbus RTU ⇒ KFB - MR

10SOFT-STARTER

10.1 Introdução

10.2 Princípio de funcionamentol Circuito de potência

l Circuito de controle

10.3 Principais características10.3.1 Principais funções

l Rampa de tensão na aceleração

l Rampa de tensão na desaceleração

l Kit Start

l Limitação de corrente

l Pump control

l Economia de energia

10.3.2 Proteções

10.3.3 Acionamentos típicos

10.4 Principais aplicações para soft-starter

10.5 Critérios para dimensionamento

10.6 Considerações importantes

10.7 Soft-Starter SSW-03 Plus / SSW-04

10.8 Soft-Starter SSW-05

147

Com a crescente necessidade na otimização desistemas e processos industriais, algumas técnicasforam desenvolvidas, principalmente levando-se emconsideração conceitos e tendências voltados aautomação industrial. Olhando para o passadopodemos claramente perceber o quanto estas técnicastem contribuído para este fim.

Um dos mais claros exemplos são os sistemas deacionamento para motores de indução, largamenteutilizado em praticamente todos os segmentos, sejaele residencial ou industrial.

Em particular nós iremos analisar e avaliar, umatécnica que tornou-se muito utilizada na atualidade,as chaves de partida soft-starters.

Estes equipamentos eletrônicos vem assumindosignificativamente o lugar de sistemas previamentedesenvolvidos, em grande parte representados porsistemas eletromecânicos. Em nosso estudo faremosuma comparação entre estes vários sistemas e os queutilizam as soft-starters.

COMPARATIVO ENTRE MÉTODOS DE PARTIDA

O funcionamento das soft-starters está baseado nautilização de tiristores (SCR´s), ou melhor, de umaponte tiristorizada na configuração anti-paralelo, queé comandada através de uma placa eletrônica decontrole, a fim de ajustar a tensão de saída, conformeuma programação feita anteriormente pelo usuário.Esta estrutura é apresentada na figura 10.1.

SOFT-STARTER1010.1 INTRODUÇÃO

10.2 PRINCÍPIO DEFUNCIONAMENTO

148

Figura 10.1 - Blocodiagrama simplificado

Como podemos ver, a soft-starter controla a tensão darede através do circuito de potência, constituído porseis SCRs, onde variando o ângulo de disparo dosmesmos, variamos o valor eficaz de tensão aplicada aomotor. A seguir faremos uma análise mais atenciosa decada uma das partes individuais desta estrutura, já quenotamos nitidamente que podemos dividir a estruturaacima em duas partes, o circuito de potência e ocircuito de controle.

CIRCUITO DE POTÊNCIAEste circuito é por onde circula a corrente que éfornecida para o motor. É constituída basicamentepelos SCRs e suas proteções, e os TCs (transformadoresde corrente).• O circuito RC representado no diagrama é conhecido

como circuito snubber, e tem como função fazer aproteção dos SCRs contra dv/dt.

• Os transformadores de corrente fazem amonitoração da corrente de saída permitindo que ocontrole eletrônico efetue a proteção e manutençãodo valor de corrente em níveis pré-definidos (funçãolimitação de corrente ativada).

SOFT-STARTER10

149

CIRCUITO DE CONTROLEOnde estão contidos os circuitos responsáveis pelocomando, monitoração e proteção dos componentesdo circuito de potência, bem como os circuitosutilizados para comando, sinalização e interfacehomem-máquina que serão configurados pelo usuárioem função da aplicação.

Atualmente a maioria das chaves soft-startersdisponíveis no mercado são microprocessadas, sendoassim, totalmente digitais. Alguns fabricantes aindaproduzem alguns modelos com controle analógico,mais no sentido de oferecer uma opção mais baratapara aplicações onde não sejam necessárias funçõesmais sofisticadas.

Além das características mostradas anteriormente assoft-starters também apresentam funçõesprogramáveis que permitirão configurar o sistema deacionamento de acordo com as necessidades dousuário.

• Rampa de tensão na aceleração

As chaves soft-starters tem uma função muito simples,que é através do controle da variação do ângulo dedisparo da ponte de tiristores, gerar na saída damesma, uma tensão eficaz gradual e continuamentecrescente até que seja atingida a tensão nominal darede. Graficamente podemos observar isto através dafigura 10.2.

Figura 10.2 - Rampa de tensão aplicada ao motor na aceleração

SOFT-STARTER10

10.3 PRINCIPAISCARACTERÍSTICAS

10.3.1 Principais funções

150

Atentem ao fato de que quando ajustamos um valor detempo de rampa, e de tensão de partida (pedestal), istonão significa que o motor irá acelerar de zero até a suarotação nominal no tempo definido por t a. Isto narealidade dependerá das características dinâmicas dosistema motor/carga, como por exemplo: sistema deacoplamento, momento de inércia da carga refletida aoeixo do motor, atuação da função de limitação decorrente, etc .

Tanto o valor do pedestal de tensão, quanto o de tempode rampa são valores ajustáveis dentro de uma faixaque pode variar de fabricante para fabricante.

Não existe uma regra prática que possa ser aplicadapara definir qual deve ser o valor de tempo a serajustado, e qual o melhor valor de tensão de pedestalpara que o motor possa garantir a aceleração da carga.A melhor aproximação poderá ser alcançada através docálculo do tempo de aceleração do motor, o qual serámostrado posteriormente.

• Rampa de tensão na desaceleração

Existem duas possibilidades para que seja executada aparada do motor, por inércia ou controlada,respectivamente. Na parada por inércia, a soft-starterleva a tensão de saída instantaneamente a zero,implicando que o motor não produza nenhumconjugado na carga, que por sua vez, irá perdendovelocidade, até que toda energia cinética sejadissipada. A equação (1) mostra matematicamentecomo podemos expressar esta forma de energia.

1K = –––––– J . ω

2 (1)

2

onde,

K = energia cinética (Joules)J = momento de inércia total (Kg.m 2)ω = velocidade angular (rad/s)

Na parada controlada a soft-starter vai gradualmentereduzindo a tensão de saída até um valor mínimo emum tempo pré-definido. Graficamente podemos verobservar a figura 10.3.

SOFT-STARTER10

151

Figura 10.3 - Perfil de tensão na desaceleração

O que ocorre neste caso pode ser explicado daseguinte maneira: Reduzindo-se a te nsão aplicada aomotor, este irá perder conjugado; a perda deconjugado reflete no aumento do escorregamento; oaumento do escorregamento faz com que o motorperca velocidade. Se o motor perde velocidade acarga acionada também perderá. Este tipo de recursoé muito importante para aplicações que devem teruma parada suave do ponto de vista mecânico.Podemos citar como exemplo bombas centrífugas,transportadores, etc.

No caso particular das bombas centrífugas éimportantíssimo minimizar-se o efeito do “golpe dearíete”, que pode provocar sérios danos a todo osistema hidráulico, comprometendo componentescomo válvulas e tubulações, além da própria bomba.

• Kick Start

Existem cargas que no momento da partida exigemum esforço extra do acionamento em função do altoconjugado resistente. Nestes casos, normalmente asoft-starter precisa aplicar no motor uma tensão maiorque aquela ajustada na rampa de tensão naaceleração, isto é possível utilizando uma funçãochamada “Kick Start”. Como podemos ver na figura10.4, esta função faz com que seja aplicado no motorum pulso de tens ão com amplitude e duraçãoprogramáveis para que o motor possa desenvolverum conjugado de partida, suficiente para vencer oatrito, e assim acelerar a carga. Deve-se ter muito

SOFT-STARTER10

152

cuidado com esta função, pois ela somente deverá serusada nos casos onde ela seja estritamente necessária.

Figura 10.4 - Representação gráfica da função “Kick Start”

Devemos observar alguns aspectos importantesrelacionados com esta função, já que ela poderá sermal interpretada e, desta forma, comprometer adefinição com relação ao seu uso, inclusive o dopróprio sistema de acionamento.

Como a tensão de partida poderá ser ajustada próximoda tensão nominal, mesmo que por um pequenointervalo de tempo, a corrente de partida irá atingirvalores muito próximos daqueles registrados nocatálogo ou folha de dados do motor.

Isto é claramente indesejável, pois a utilização da soft-starter nestes casos advém da necessidade de garantir-se uma partida suave, seja eletricamente, sejamecanicamente. Desta forma podemos considerar esterecurso como sendo aquele que deverá ser usado emúltima instância, ou quando realmente ficar óbvia acondição severa de partida.

• Limitação de corrente

Na maioria dos casos onde a carga apresenta umainércia elevada, é utilizada uma função denominadade limitação de corrente. Esta função faz com que osistema rede/soft-starter forneça ao motor somente acorrente necessária para que seja executada aaceleração da carga. Na figura 10.5 podemos observargraficamente como esta função é executada.

SOFT-STARTER10

153

Figura 10.5 - Limitação de corrente

Este recurso é sempre muito útil pois garante umacionamento realmente suave e, melhor ainda,viabiliza a partida de motores em locais onde a redese encontra no limite de sua capacidade.Normalmente nestes casos a condição de corrente napartida faz com o sistema de proteção da instalaçãoatue, impedindo assim o funcionamento normal detoda a instalação. Ocorre então a necessidade de seimpor um valor limite de corrente de partida deforma a permitir o acionamento do equipamento bemcomo de toda a indústria.

A limitação de corrente também é muito utilizada napartida de motores cuja carga apresenta um valormais elevado de momento de inércia. Em termospráticos, podemos dizer que esta função é a quedeverá ser utilizada após não obter-se sucesso com arampa de tensão simples, ou mesmo quando para queo motor acelere a carga, seja necessário ajustar umarampa de tensão de tal forma que a tensão de partida(pedestal) próximo aos níveis de outros sistemas departida como, por exemplo, as chaves compensadoras,não sendo isto de forma alguma um fator proibitivona escolha do sistema de partida.

• Pump control

Esta função é utilizada especialmente para aaplicação de partida soft-starter em sistemas debombeamento. Trata-se na realidade de umaconfiguração específica (pré-definida) para atendereste tipo de aplicação, onde normalmente é

SOFT-STARTER10

154

necessário estabelecer uma rampa de tensão naaceleração, uma rampa de tensão na desaceleração e ahabilitação de proteções. A rampa de tensão nadesaceleração é ativada para minimizar o golpe dearíete, prejudicial ao sistema como um todo. Sãohabilitadas também as proteções de seqüência de fasee subcorrente imediata (para evitar o escorvamento).

• Economia de energia

Uma soft-starter que inclua características deotimização de energia simplesmente altera o ponto deoperação do motor. Esta função, quando ativada, reduza tensão aplicada aos terminais do motor de modo quea energia necessária para suprir o campo sejaproporcional à demanda da carga.

Quando a tensão no motor está em seu valor nominal ea carga exige o máximo conjugado para o qual o motorfoi especificado, o ponto de operação será definidopelo ponto A, conforme a figur a 10.6. Se cargadiminui e o motor for alimentado por uma tensãoconstante, a velocidade (rotação) aumentaráligeiramente, a demanda de corrente reduzirá e oponto de operação se moverá junto à curva para oponto B. Por ser um motor onde o conjugadodesenvolvido é proporcional ao quadrado da tensãoaplicada, haverá uma redução do conjugado com umaredução de tensão. Caso esta tensão seja devidamentereduzida, o ponto de operação passará a ser o pontoA|.

Figura 10.6 - Equilíbrio entre conjugado e tensão

SOFT-STARTER10

155

Em termos práticos pode-se observar uma otimizaçãocom resultados significativos somente quando o motorestá operando com cargas inferiores a 50% da carganominal. Isto, diga-se de passagem, é muito difícil deencontrar-se pois estaríamos falando de motoresmuito sobredimensionados, o que atualmente emvirtude da crescente preocupação com o desperdíciode energia e fator de potência, vem sendo evitado atodo custo.

Cabe destacar que este tipo de otimização de energiapossui alguns inconvenientes, principalmente, ageração de tensões e correntes harmônicas evariações no fator de potência. No caso as harmônicaspodem ocasionar problemas relativos a danos eredução da vida útil de capacitores para correção defator de potência, sobreaquecimento detransformadores e interferências em equipamentoseletrônicos.

A utilização das soft-starters não fica restritaexclusivamente a partida de motores de indução, poisestas também podem garantir ao motor toda aproteção necessária. Normalmente quando umaproteção atua é emitida uma mensagem de erroespecífica para permitir ao usuário reconhecer o queexatamente ocorreu. A seguir estão relacionadas asprincipais proteções que as soft-starters oferecem.

• Sobrecorrente imediata na saída

Ajusta o máximo valor de corrente que a soft-starterpermite fluir para o motor por período de tempo pré-ajustado (via parametrização).

Figura 10.7 - Proteção de sobrecorrente imediata

SOFT-STARTER10

10.3.2 Proteções

156

• Subcorrente imediata

Ajusta o mínimo valor de corrente que a soft-starterpermite fluir para o motor por período de tempo pré-ajustado (via parametrização); esta função é muitoutilizada para proteção de cargas que não possamoperar em vazio como, por exemplo, sistemas debombeamento.

Figura 10.8 - Proteção de subcorrente imediata

• Sobrecarga na saída (Ixt)

Supervisiona as condições de sobrecarga conforme aclasse térmica selecionada, protegendo o motortermicamente contra sobrecargas aplicadas ao seu eixo.

Figura 10.9 - Característica de sobr ecarga para F.S. = 1,15

SOFT-STARTER10

157

• Sobretemperatura nos tiristores(medida no dissipador)

Monitora a temperatura no circuito de potência atravésde um termostato montado sobre o dissipador dealumínio, onde também estão montados os tiristores.Caso a temperatura do dissipador superar 90 °C, otermostato irá comutar fazendo com que a CPUbloqueie imediatamente os pulsos de disparo dostiristores, enviando uma mensagem de erro que serámostrada no display.

• Seqüência de fase invertida

Alguns modelos de soft-starters irão operar somente sea seqüência de fase estiver correta. Esta proteção podeser habilitada para assegurar que cargas sensíveis ainversão do sentido de giro não sejam danificadas,como exemplo, podemos citar o acionamento parabombas. Uma desvantagem dos modelos que sãosensíveis a mudança da seqüência de fase, é quequalquer operação de reversão deverá ser feita nasaída da chave.

• Falta de fase na rede

Detecta a falta de uma fase na alimentação da soft-starter e bloqueia os pulsos de disparo dos tiristores.

• Falta de fase no motor

Detecta a falta de uma fase na saída da soft-starter ebloqueia os pulsos de disparo dos tiristores.

• Falha nos tiristores

Detecta se algum dos tiristores está danificado. Casoexista, bloqueia os pulsos de disparo e envia umamensagem de erro através do display.

• Erro na CPU (watchdog)

Ao energizar-se, a CPU executa uma rotina de autodiagnose e verifica os circuitos essenciais. Caso hajaalguma irregularidade, serão bloqueados os pulsos dedisparo dos tiristores e será enviada uma mensagem deerro através do display.Interferência eletromagnética também pode causar a

SOFT-STARTER10

158

atuação desta proteção.

• Erro de programação

Não permite que um valor que tenha sido alteradoincorretamente seja aceito. Normalmente ocorrequando se altera algum parâmetro com o motordesligado e nas condições de incompatibilidade.

• Erro de comunicação serial

Impede que um valor alterado ou transmitidoincorretamente através da porta de comunicaçãoserial, seja aceito.

• Defeito externo

Atua através de uma entrada digital programada. Sãoassociados dispositivos de proteção externos paraatuarem sobre esta entrada, como por exemplo, sondastérmicas, pressostatos, relés auxiliares, etc.

Veremos a seguir os acionamentos tipicamenteconfiguráveis nas chaves soft-starters, sendo algunsdeles utilizados em sistemas um pouco maissofisticados.

SOFT-STARTER10

10.3.3 Acionamentostípicos

159

• Básico / Convencional

Todos os comandos, leituras e monitoração de statusfeitos via I.H.M.

Acionamento sugestivo com comandos porentradas digitais a dois fios

Figura 10.10 - Diagrama simplificado de um acionamento básico

Parâmetro Programação

P53 1

P54 2

P55 oFF

P61 oFF

* Padrão de fábrica

SOFT-STARTER10

160

SOFT-STARTER10• Inversão de sentido de giro

Acionamento sugestivo com comandos porentradas digitais a três fios e troca do sentidode giro

Figura 10.11 - Diagrama do acionamento com inversão de sentido de giro


P04 oFF

P51 3

P53 4

P54 4

P55 3

P61 oFF

161

SOFT-STARTER10• Frenagem por injeção de corrente contínua

Acionamento sugestivo com comandos porentradas digitais a três fios e frenagem cc

Figura 10.12 - Diagrama do acionamento com frenagem CC


P34 Maior que oFF

P35 Ajuste de carga

P52 3

P53 4

P54 2

P55 3

P61 OFF

162

SOFT-STARTER10• By-pass

Acionamento sugestivo com comandos porentradas digitais a três fios e contator de by-pass

Figura 10.13 - Diagrama do acionamento com by-pass da chave


P43 ON

P52 2

P53 4

P54 2

P55 3

P61 OFF

163

• Multimotores / Cascata

Acionamento sugestivo com comandos porentradas digitais para três motores

Figura 10.14 - Diagrama orientativo do acionamento tipo cascata

SOFT-STARTER10

164

Nos últimos anos as chaves soft-starters vêm sendoamplamente utilizadas em vários segmentosindustriais, destacando-se em algumas aplicações comopor exemplo, sistemas de bombeamento, ventiladores,exaustores, misturadores (pulpers), compressores,moinhos, etc.

A partir de agora analisaremos os principais aspectos aserem considerados em cada uma das aplicações maistípicas, como definido a seguir :

• Bombas centrífugas;

• Compressores;

• Ventiladores;

• Misturadores (pulpers);

• Moinhos, centrífugas, transportadores, etc.

SOFT-STARTER1010.4 PRINCIPAIS

APLICAÇÕES PARASOFT-STARTERS

165

SOFT-STARTER10BOMBAS CENTRÍFUGAS

Características• Tipo de conjugado ............. Qu adrático• Momento de inércia .......... Baixo• Condição de partida .......... tipicamente I P/IN ≤ 3,0• Comentários:

1) É a melhor aplicação para soft-starter 2) Função Pump Control minimiza golpe de aríete.

COMPRESSORES

Características• Tipo de conjugado ............. Quadrático (parafuso) ou

Constante (alternativo)• Momento de inércia .......... Baixo• Condição de partida .......... IP/IN ≤ 3,0• Comentários:

(1)(2)

166

VENTILADORES

Características• Tipo de conjugado ............. Qu adrático• Momento de inércia .......... Médio• Condição de partida .......... IP/IN ≤ 3,5• Comentários:

1) Para grandes potências usar a limitação decorrente na partida.

2) A partida é feita normalmente com o damperfechado (sem carga).

Figura 10.15 - Curvas típicas de conjugado em função da rotação

SOFT-STARTER10

167

MISTURADORES

Características• Tipo de conjugado ............. Qu adrático• Momento de inércia .......... Médio / Alto• Condição de partida .......... IP/IN ≤ 3,5• Comentários:

1) Conjugado resistente na partida pode ser muitoalto.

2) Dependendo do material, envolvido no processo,o momento de inércia pode ser elevado.

Figura 10.16 - Curva típica de conjugado em função da rotação

SOFT-STARTER10

168

MOINHOS

Características• Tipo de conjugado ............. Constante• Momento de inércia .......... Elevado• Condição de partida .......... IP/IN ≤ 4,5• Comentários:

1) Verificar se parte com ou sem carga.2) Usar limitação de corrente na partida.

TRANSPORTADORES

Características• Tipo de conjugado ............. Constante• Momento de inércia .......... Médio / Alto• Condição de partida .......... IP/IN ≤ 4,5

SOFT-STARTER10

169

• Comentários:1) Utiliza rampas de tensão na aceleração e

desaceleração.2) Utiliza limitação de corrente na partida.3) Verificar se ocorrem sobrecargas.4) Verificar se parte com ou sem carga.

CENTRÍFUGAS

Características• Tipo de conjugado ............. Line ar• Momento de inércia .......... Elevado• Condição de partida .......... IP/IN ≤ 4,5• Comentários:

1) Utiliza a limitação de corrente de partida.2) Verificar o número de manobras (centrifugação

por bateladas).

SOFT-STARTER10

170

Neste capítulo iremos estabelecer os critérios mínimose necessários para efetuar-se o corretodimensionamento de uma chave soft-starter.

Devemos garantir que o motor ao ser acionado poruma chave soft-starter tenh a condições de acelerar acarga da rotação zero até sua rotação nominal (oupróximo disto) onde haverá então o equilíbrio.Fisicamente, o motor deverá ser capaz de produzir umconjugado dinâmico tal, que seja este o suficiente paravencer o conjugado resistente da carga e a inérciarefletida em seu eixo. Como vimos anteriormente, omotor sofre algumas alterações nas suas característicasde conjugado em virtude de aplicarmos a ele umatensão reduzida, trazendo como principais benefícios aredução da corrente e do conjugado de partidarespectivamente.

Para podermos especificar uma soft-starter é muitoimportante obtermos algumas informaçõesrelacionadas principalmente com as características domotor, da carga, do ambiente, condições de operação,rede de alimentação, acoplamento entre o motor e acarga. Desta forma trataremos de verificar estes pontose definir critérios que nos possibilitem especificar omodelo ideal de chave estática.

Em relação aos aspectos acima expostos devemoslevantar os seguintes dados :

Motor• Corrente nominal• Potência nominal• Tensão de alimentação• Número de pólos• Fator de serviço• Tempo de rotor bloqueado• Momento de inércia• Curva característica de conjugado em função da

rotação

Carga• Curva característica de conjugado em função da

rotação• Tipo de acoplamento• Apresenta sobrecarga na partida ou em regime• Número de partidas por hora• Momento de inércia ou GD 2

SOFT-STARTER1010.5 CRITÉRIOS PARA

DIMENSIONAMENTO

171

Observações• Para montagem em painel definir: grau de proteção,

tensão de comando, refrigeração.• Característica do ambiente: temperatura, altitude,

umidade, agressividade (se existe a presença delíquidos, sólidos ou gases inflamáveis, corrosivos,poeira, sólidos em suspensão, maresia, etc).

Devemos frisar com relação aos dados do motor que amais importante informação é a corrente nominal, poisa corrente da soft-starter será dimensionada emrelação a ela. Desta forma podemos estabelecer oprimeiro critério de dimensionamento como a seguir:

INOM soft-starter

≥ INOM motor

(5.1)

Muitas vezes todas estas informações não estarãodisponíveis e desta forma teremos que aplicar fatorespara sobredimensionamento da soft-starter. Isto porsinal é muito comum pois, muitas vezes, a chave seráaplicada em máquinas mais antigas, retrofitting ou emampliações das instalações. Partindo desta realidadepoderemos estabelecer duas situações possíveis, umaquando temos todas as informações disponíveis e outraquando não temos. Adotaremos informalmente aseguinte denominação para nos referirmos à estassituações:

Situação IdealOnde temos disponíveis todas as informações.

Situação NormalOnde temos soment e algumas das informações. Namaioria das vezes dispõe-se somente do tipo demáquina a ser acionado e a potência nominal do motor.

Veremos as duas independentemente e assimdefiniremos os critérios específicos a cada uma delas.

SITUAÇÃO IDEALNeste caso dispomos das curvas de conjugado porrotação da carga e o do motor, sendo desta formapossível determinar o tempo d e aceleração através daequação (3). Também será possível referir o momentode inércia da carga ao eixo do motor para obtermos omomento de inércia total. Sabemos que, para que ummotor elétrico suporte a condição de partida a seguinte

SOFT-STARTER10

172

relação deve ser respeitada:

ta ≤ 0,80 x t

RB(5.2)

Onde,

ta - tempo de aceleração;tRB - tempo de rotor bloqueado;

Na condição acima devemos na verdade considerar otempo de rotor bloqueado corrigido em função dosfatores de correção da corrente ou da tensão, pois estainformação pode ser obtida através do catálogo demotores ou folha de dados onde é considerado que nomotor está sendo aplicada a tensão nominal.Para o cálculo do tempo de aceleração partimos daseguinte equação:

JT

ta = 2π . ∆n . ( ––––––– ) (5.3)

CA

Onde,

tA - tempo de aceleração;

∆n - rotação;

JT - momento de inércia total;

CA - conjugado acelerante;

O momento de inércia total é calculado por:

JT = J

motor + J

carga(5.4)

Onde ,

Jmotor - momento de inércia do motor;

Jcarga - momento de in ércia da carga referida ao eixodo motor;

Para calcularmos o conjugado acelerante precisaremoscalcular a área delimitada pelas curvas característicasde conjugado do motor e d a carga (figura 10.17). Esta

SOFT-STARTER10

173

SOFT-STARTER10área pode ser calculada de diversas maneiras sendoanaliticamente, numericamente ou graficamente. Paraexecutar o cálculo de forma analítica deveremosconhecer as equações das duas curvas, para que assimpossamos integrá-las entre os limites desejados. Aequação da curva de carga com um pouco de boavontade poderá ser interpolada mas a do motor émuito difícil de conseguirmos, pois seria necessárioobter informações muito det alhadas da característicaselétricas do motor, se considerarmos ainda que aequação (5.5) seja uma aproximação válida e bastanterazoável.

A – BnC

motor = ––––––––––––––––– (5.5)

Cn2 – Dn + E

Onde A, B, C, D, e E são constantes inteiras e positivasdependentes das características do motor.

Figura 10.17 - Representação gráfica do conjugado acelerante

Assim a área representada na figura acima poderia sercalculada pela resolução da seguinte expressãogenérica:

A – Bn

CA = ∫ –––––––––––––––– dn – ∫ CR (n)dn (5.6)Cn2 – Dn + E

CR(n) dependerá da característica de conjugado dacarga, que como visto anteriormente poderá ser

n

0

n

0

174

classificada em um dos grupos específicos (constante,quadrático, linear, hiperbólico ou não definido). Vemosque será mais fácil buscarmos outra forma decalcularmos esta área sem a necessidade de recorrer atécnicas de integração muito complexas.

Uma maneira interessante seria calcularmos esta áreaatravés de alguma técnica de integração numérica. Porsimplicidade utilizaremos a integração pela técnica dostrapézios.

Esta técnica consiste em dividirmos o intervalo deintegração em N partes iguais e calcularmos a área dotrapézio formado em cada um dos subintervalos Dn ,sendo que os pontos de conjugado serão lidosdiretamente da curva (ver figura 10.18). Nitidamentepode-se perceber que haverá uma margem de erro novalor da área a ser calculada, mas no nosso casoperfeitamente tolerável.

Figura 10.18 - Técnica de integração numérica pela regra dos trapézios

Apesar de trabalhosa, dependendo do número desubintervalos, esta técnica mostra-se muito eficiente esimples, pois permite calcularmos o conjugadoacelerante para qualquer que seja a característica deconjugado do motor e da carga. Somente deverá ficaresclarecido que antes de aplicar-se esta técnica, acurva de conjugado do motor deverá ser corrigida emfunção da variação da tensão aplicada, através defatores de redução. Podemos cons iderar que a variaçãoda tensão aplicada ao motor obedece a seguinterelação:

SOFT-STARTER10

175

UNom – Up

U(n) = ( –––––––––––––––– ) . n + Up

nNom

5.7onde,

UP = tensão de partida;UNom = tensão nominal;nNom = rotação nominal;

Na verdade o que nos diz a expressão (5.7) seriaválido se tivéssemos um sistema de malha fechada develocidade, onde a soft-starter receberia a leitura develocidade do motor para que assim aplicasse arampa de tensão. De qualquer maneira para efeito dedimensionamento isto não nos trará nenhuminconveniente sendo t ambém uma aproximaçãorelativamente satisfatória. A figura 10.19 ilustra estaconsideração.

Figura 10.19 - Rampa de tensão aplicada ao motor na partida

Podemos assim colocar estes valores em uma tabelade forma a facilitar a visualização dos resultadosobtidos segundo o procedimento acima descrito.

SOFT-STARTER10

176

Tabela 10.1 - Valores de conjugado

Rotação C / CNom CRC / C Nom CA / C Nom

( % ) (motor)

C0 + C 1 CR0 + C R1

n0 C0 CR0 ––––––– - –––––––2 2

C1 + C 2 CR1 + C R2

n1 C1 CR1 ––––––– - –––––––2 2

C2 + C 3 CR2 + C R3

n2 C2 CR2 ––––––– - –––––––2 2

· · · · · · · · · · · ·

CN-1 + C Nom CRN-1 + C RNom

nNom CNom CRNom ––––––– - –––––––2 2

NOTATodos os valores de conjugado na tabela acima foramreferenciados ao conjugado nominal do motor porcomodidade e por ser mais fácil trabalhar com valoresdessa forma referenciados.

Aplicando estes valores na equação (5.3) poderemoscalcular os tempos de aceleração parciais para cada umdos subintervalos. Bastará depois disso somarmos todosestes valores parciais obtendo assim o valor do tempode aceleração total do motor. Matematicamentepodemos expressar isso através da seguinte relação:

ta = Σ tan (5.8)

O valor encontrado a partir da expressão (5.8) deveráobedecer o que defin e a expressão (5.2). Caso isto severifique, teremos certeza de que o motor escolhidoatende a condição de partida.

Vamos agora aplicar este procedimento em umexemplo prático baseando-se em um uma aplicaçãoreal, sendo fornecidas as seguintes informações:

SOFT-STARTER10

N

0

177

• Curva de conjugado da carga;• Folha de dados do motor;• Curvas com as características de conjugado e

corrente do motor.

OBSERVAÇÃOVer anexo I.

Neste caso aplicaremos o procedimento para umabomba centrífuga que irá trabalhar em um ponto deoperação definido pela vazão de 200 m3/h e umapressão de 21 mca, com rendimento de 75%.

Com estes dados podemos calcular a potênciarequerida pela bomba e assim determinar a potênciado motor adequado ao acionamento da bomba.Chegamos a P c = 20,46366 CV, ou melhor,escolheremos um motor de 25 CV (valor comercial depotência normalizada).

A curvas de conjugado em fun ção da rotação, dabomba e do motor, fornecem o valor de conjugadorequerido em dez pontos de rotação distintos. Lendoestes valores das curvas obtemos a tabela abaixo:

Tabela 10.1a

Pontos de Conjugado conjugado resistente do motor

Rotação CRES Cmotor

(% de n NOM) (N.m) (N.m)

0 36,39183 229,54

10 0,81349 210,4117

20 3,281078 197,6594

30 7,375647 191,2833

40 13,11075 193,8338

50 20,4864 204,0356

60 29,50259 216,7878

70 40,15931 229,54

80 52,45658 255,0444

90 66,38082 184,9072

100 81,95917 99,8

SOFT-STARTER10

178

Os valores de conjugado do motor deverão sercorrigidos para a variação de tensão que será aplicada.Aqui iremos considerar que o motor atinja a tensãonominal ao final da rampa de tensão aplicada pela soft-starter.

Sabemos que conjugado do mot or varia com oquadrado da tensão aplicada. Desta forma podemosdeterminar os valores de conjugado corrigido paracada um dos pontos fornecidos, já que conhecemos arampa de tensão.

Podemos então montar a seguinte tabela:

Tabela 10.1b

Os valores de conjugado do motor devem sercorrigidos através da seguinte relação:

CMotor = (U/100) 2 x Cmotor (tirado da tabela 10.1a)

Rotação Tensão Cmotor

(% da n Nom) (% da U Nom) (N.m)

0 35 14,35

10 41,5 22,22

20 48 31,63

30 54,5 43,16

40 61 58,63

50 67,5 79,70

60 74 106,23

70 80,5 137,87

80 87 184,27

90 93,5 158,21

100 100 99,80

Com os valores de conjugado corrigidos podemos agorapreencher uma tabela como a tabela 10.1. Esta tabelaapresentará os valores de conjugado acelerante médiopara cada um dos intervalos de rotação definidos. Estatabela é mostrada a seguir:

SOFT-STARTER10

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Rotação(% de n Nom) CMotor (N.m) CRES (N.m) Camédio (N.m)

0 28,12 16,39 23,58

10 36,24 0,81 38,84

20 45,54 3,28 45,85

30 56,82 7,38 54,23

40 72,13 13,11 65,75

50 92,96 20,49 80,84

60 118,71 29,50 98,90

70 148,75 40,16 124,59

80 193,04 52,46 117,93

90 161,65 66,38 56,56

100 99,80 81,96

Com os valores de conjugado acelerante médio paratodos os intervalos de rotação, temos condição decalcular os tempos de aceleração parciais para cada umdeles (através da equação 5.3).

Para calcularmos o tempo de aceleração total bastautilizarmos a relação 5.8.

Substituindo os valores nas respectivas equaçõeschegamos ao seguinte resultado para o tempo deaceleração total : t a = 1,08 s.

Podemos verificar que este motor terá condições deacelerar tranqüilamente a carga, visto que o tempo deaceleração é muito pequeno em relação ao tempo derotor bloqueado (corrigido).

Devemos lembrar que no procedimento usado noexemplo acima não consideramos a ativação da função“limitação de corrente” da soft-starter. Quando estafunção está ativa devemos aplicar fatores paracorreção das curvas de conjugado e corrente do motor.

Uma alternativa válida seria a de considerarmos umvalor de limitação de corrente, e a partir daícalcularmos a tensão que deveria ser aplicada,considerando esta situação. Note que o conjugado serácorrigido conforme a seguinte relação:

SOFT-STARTER10

180

ILim

CA = ( ––––––– ) . C

n – C

Rn(5.10 )

In

Deve-se notar que a relação entre o valor da limitaçãoe a corrente do motor nos informará diretamente arelação da tensão aplicada em relação a tensãonominal. Assim podemos atribuir um valor a I Lim everificarmos se o valor de tensão aplicada ao motor éválido ou satisfatório.

Para garantirmos o acionamento do motor devemosentão calcular o valor de corrente eficaz para o regimede partida do motor utilizando o valor de correntelimite e tempo de aceleração total. Isto pode ser feitoatravés da seguinte relação:

(ILim

)2 x t

a + (360 – t

a)

Ief = √ ––––––––––––––––––––– . I

Nom(5.10 )

360

válido para um regime de partidas de 10 partidas porhora.

O valor encontrado através da relação (5.10) deveráser comparado com o valor de corrente eficaz da soft-starter, que poderá ser encontrado a partir da seguinterelação:

(3)2 x t

máx + (360 – t

máx)

Ief SSW

= √ ––––––––––––––––––––– . INom SSW

(5.11)360

onde, t máx depende do modelo da soft -starter.

Neste caso devemos comparar os valores obtidosatravés de (5.10) e (5.11) e os mesmos devemobedecer a seguinte relação:

IefSSW

≥ k . Ief

(5.12 )

SOFT-STARTER10

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Poderá ainda ser usado na expressão (5.12) um fatorde segurança, representado por k, porém somente senecessário, pois este fator dificilmente supera o valorde 1,2 (folga de 20% acima do calculado).

Estabelecemos dessa maneira os procedimentos paradimensionamento de um acionamento com soft-starterpara a situação denominada de Ideal.

SITUAÇÃO NORMAL

Na situação normal não poderemos dispor deinformações mais detalhadas, assim seremos obrigadosa considerar critérios de dimensionamento baseadosem resultados empíricos, ou seja, colhidos através daexperiência. Dessa forma estabeleceremos fatores demultiplicação que deverão ser aplicados a correntenominal do motor. A tabela abaixo nos mostra estesfatores.

Tabela 10.2 - Critérios de Dimension amento

Aplicação Carga Inércia Fator

Bomba Centrífuga Baixa Baixa 1,0

Compressores Baixa Baixa 1,0(parafuso)

Compressores Média Baixa 1,0(alternativo)

Ventiladores Quadrático Média/Alta 1,2 Até 22 kW

1,5 Acima de22 kW

Misturadores Média Média 1,5 – 1,8(pulpers)

Moinhos Média/Alta Média 1,8 – 2,0

Transportadores Média/Alta Alta 1,8 – 2,0

Centrífugas Baixa Muito Alta 1,8 – 2,0

NOTAOs valores acima são válidos para regime de serviçonormal, ou seja, com número de partidas não superiora 10 partidas por hora. Consideramos também, ainércia e conjugado resistente da carga referidos aoeixo do motor.

SOFT-STARTER10

182

Exemplos:

Considerar um motor Weg, 175 CV – IV pólos – 380Volts – 60 Hz

1. Acionando uma bomba centrífuga em umaestação de tratamento de água.

• Devemos considerar a corrente nominal domotor;

• Procurando esta informação no catálogo demotores encontramos Inom = 253,88 A;

• Pelo critério da tabela 5.1 vemos que devemosconsiderar o fator 1,0;

• Logo a soft-starter indicada para este caso é aSSW-03.255 /220-440/2 (ver catálogo).

2. Acionando um ventilador em uma câmara deresfriamento.




• Assim devemos consi derar o valor de 1,5x253,88A ⇒ 380,82 A;


3. Acionando um transportador contínuo em umaempresa de mineração.




• Assim devemos consi derar o valor de 2,0x253,88A ⇒ 507,76 A;


SOFT-STARTER10

183

Não há dúvida que esta maneira de dimensionar assoft-starters é muito mais simples, porém ela torna-semuito vulnerável a erros, já que em virtude das poucasinformações oferecidas é muito difícil garantir oacionamento. Nestes casos é sempre oportunoconsultar o fabricante da soft-starter para que estepossa avaliar melhor a situação e assim indicar umasolução mais adequada.

É importante salientarmos alguns aspectos importantesrelacionados a sistemas de acionamento com soft-starters, principalmente o que está relacionado aproteção da chave.

FUSÍVEISRecomenda-se a utilização de fusíveis de ação ultra-rápida para proteção da chave contra curto-circuitos.No caso de usar-se fusíveis de ação retardada, osmesmos não garantirão a integridade dossemicondutores, já que os mes mos com certeza irãodanificar-se. Visto que a chave é constituídabasicamente de uma placa eletrônica de controle e demódulos de semicondutores de potência, estaremoscomprometendo de maneira muito severa o sistemacomo um todo.

CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIADevemos atentar aos casos onde é necessária acorreção de fator de potência, principalmente noscasos onde a correção é feita individualmente, ondenormalmente temos os capacitores de correção jáconectados junto ao mot or. Para a aplicação de soft-starters neste tipo de situação devemos garantir quedurante a execução das rampas os capacitores estejamdesconectados do circuito de saída entre a chave e omotor. De maneira geral, podemos utilizar uma dassaídas digitais programáveis da própria chave paracomandar o religamento dos capacitores. Isto, semdúvidas, é o mais seguro e correto em termos degarantias.

Caso, a opção seja a de usar-se um circuito de comandoindependente da soft -starter, os cuidados deverão serredobrados já que se os capacitores foremacidentalmente conectados antes do final de execuçãoda rampa de aceleração, por exemplo, serão gerados

SOFT-STARTER10

10.6 CONSIDERAÇÕESIMPORTANTES

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transitórios indesejáveis de corrente, que poderãoseguramente danificar de forma irreversível ossemicondutores.

CONTATOR DE ENTRADAAlguns modelos de chaves encontrados no mercado,em sua maioria modelos analógicos, exigem acolocação de um contator no circuito de entrada dachave. Os modelos analógicos são distribuídos emfunção de terem um custo menor do que as chavesdigitais que por sua vez não tem esta obrigatoriedade.O importante é lembrar que nos modelos digitais estescontatores são colocados em conformidade às normas,no aspecto de segurança. As normas exigem que sejacolocado um dispositivo de seccionamento do circuitode força (contator, disjuntor, chave seccionadora, etc.),pois no caso de uma falha na soft-starter (placa decontrole) e a queima de um ou mais módulos detiristores, os mesmos por serem semicondutores, terãocomo característica entrarem em curto quandodanificados, ficando assim claro, que se não tivermosum elemento de seccionamento no circuito de força,não será possível desligar o motor sem que se tomeuma atitude mais drástica e com certeza mais perigosa,do ponto de vista relacionado a segurança do usuário.

DISPOSITIVOS DE SECCIONAMENTO NASAÍDAEvite comutar dispositivos como contatores,seccionadoras, etc. , conectados na saída da chave, coma mesma ainda acionando o motor ou habilitada.

PROTEÇÃO DE SOBRECARGANão esqueça de ajustar corretamente os parâmetrosrelacionados com a proteção de sobrecarga. Sempreajustar de acordo com o motor utilizado e a corrente deoperação do mesmo.

ACIONAMENTOS MULTI-MOTORESQuando utilizar-se uma única soft-starter para oacionamento de vários motores (ao mesmo tempo),providenciar a utilização de relés de sobrecargaindividuais para cada um dos motores. Não esqueçaque neste caso a soft-starter deverá ser dimensionadapela soma das correntes individuais de cada motor.

SOFT-STARTER10

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SOFT-STARTER10

Figura 10.20 - Figura ilustrativa para acionamento multimotor

A corrente total (IT) é dada pelo somatório dascorrentes de todos os N motores. Matematicamenteteremos a seguinte relação:

IT = ∑ I

K

N

|

IT

I1 I2 I3

186

10.7 INTRODUÇÃO –SOFT-STARTERSSW-03 PLUS /SSW-04

SOFT-STARTER10Soft-Starters são chaves de partida estática, destinadasà aceleração, desaceleração e proteção de motores deindução trifásicos. O controle da tensão aplicada aomotor, mediante o ajuste do ângulo de disparo dostiristores, permite obter partidas e paradas suaves domesmo.

Com o ajuste adequado das variáveis, o torqueproduzido é ajustado à necessidade da carga,garantindo, desta forma, que a corrente solicitada sejaa mínima necessária para a partida.

As Soft-Starters WEG, microprocessadas e totalmentedigitais, são produtos dotados de tecnologia de ponta eforam projetadas para garantir a melhor performancena partida e parada de motores de indução,apresentando-se como uma solução completa e debaixo custo.

A interface homem-máquina permite facil ajuste deparâmetros facilitando a posta em marcha. A funçãoincorporada, “Pump Control”, permite um eficazcontrole sobre bombas, evitando desta forma o “Golpede Ariete”.

BENEFÍCIOS• Proteção eletrônica integral do motor• Relé térmico eletrônico incorporado• Interface Homem-Máquina incorporada• Função “ Kick-Start ” para partida de cargas com

elevado atrito estático• Função “Pump Control” para controle inteligente de

sistemas de bombeamento• Evita o “Golpe de Ariete” em bombas• Limitação de picos de corrente na rede• Limitação de quedas de tensão na partida• Eliminação de choques mecânicos• Redução acentuada dos esforços sobre os

acoplamentos e dispositivos de transmissão(redutores, polias, engrenagens, correias, etc)

• Aumento da vida útil do motor e equipamentosmecânicos da máquina acionada

• Otimização automática de consumo de energia paraaplicações com carga reduzida ou à vazio

• Possibilidade de partida de várias motores,configurados em paralelo ou em cascata

• Facilidade de operação, programação e manutençãovia interface homem-máquina

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SOFT-STARTER10• Simplificação da instalação elétrica• Comunicação serial RS-232 incorporada• Comunicação em Redes FieldBus:

ProfiBus DP, DeviceNet ou ModBus RTU (opcionais)• Programação e monitoração via microcomputador

PC com software SUPERDRIVE (opcional)• Possibilidade de ligação padrão (3 cabos) ou ligação

dentro do delta do motor (6 cabos) - (somente paraSSW-03 Plus)

• Totalmente digital / Microcontrolador 16 Bits• Operação em ambientes de até 55 ºC• Certificações Interna cionais UL, cUL e CE

PRINCI PAIS APLICAÇÕES• Bombas Centrífugas / Alternativas (Saneamento /

Irrigação / Petróleo)• Ventiladores / Exaustores / Sopradores• Compressores de Ar / Refrigeração (Parafuso / Pistão)• Misturadores / Aeradores• Centrífugas• Britadores / Moedores• Picadores de Madeira• Refinadores de Papel• Fornos Rotativos• Serras e Plainas (Madeira)• Moinhos (Bolas / Martelo)• Transportadores de Carga

* Correias / Cintas / Correntes* Mesas de Rolos* Monovias / Nórias* Escadas Rolantes* Esteiras de Bagagem (Aeroportos)* Linhas de Engarrafamento

188

SOFT-STARTER10

INTERFACE HOMEM-MÁQUINA

Liga soft-starter

Desliga soft-starterReseta erros na soft-starter

Incrementa o número ou conteúdo doparâmetro

Decrementa número ou conteúdo doparâmetro

Comuta display entre o número do parâmetroe o seu conteúdo

♦ IHM-3P → Interface Homem-Máquina destacável,com possibilidade de fixação local ou remota (até 3metros).

IHM-3P

LED que indica que a Soft-Starter inicioupartida ou parada

LED indica estado da Soft-Starter:. Aceleração. Desaceleração. Tensão plena. Em economia de energia

189

SOFT-STARTER10

LIGAÇÃO PADRÃO (3 cabos) LIGAÇÃO DENTRO DO DELTA DOMOTOR (6 cabos)

IMPORTANTE

1) A ligação tipo ligação dentro do delta do motor (6cabos) é possível somente com as Soft-Start ers SSW-03 Plus.

2) Na ligação convencional do tipo padrão (3 cabos) omotor pode ser conectado tanto em ligação Estrelacomo em Triângulo.

3) Para uma mesma potência de motor, na ligação tipoligação dentro do delta do motor (6 cabos), a Soft-Starter é 43% menor do que a Soft-Starternecessária na ligação tipo padrão (3 cabos), ou seja,para um mesmo tamanho de Soft-Starter nautilização da ligação tipo ligação dentro do delta domotor (6 cabos), com a Soft-Starter dentro do Deltado Motor, pode-se acionar um motor de potência73% maior do que na ligação tipo padrão (3 cabos).

MOTOR Ligação 6 cabos

220 / 380V 220V

380 / 460V 380V

440 / 760V 440V

220 / 380 / 440 / 760V 220 / 440V

TIPOS DE LIGAÇÃO(SOFT-STARTER → MOTOR)

SSW-03 e SSW-04

Motor em Estrela Motor em Triângulo

= ITotal consumidaISoft-Start er

SSW-03

Soft-Starter dentro do Delta do motor

ITotal consumida

√3ISoft-Start er =

190

SOFT-STARTER10REDES DE COMUNICAÇÃO “FieldBus”

Interligação em Redes RápidasAs soft-starters SSW-03 Plus e SSW-04 podemopcionalmente ser interligados em redes decomunicação rápidas “FieldBus ”, através dosprotocolos padronizados mais difundidosmundialmente, podendo ser:

• ProfiBus DPFIELDBUS • DeviceNet

• ModBus RTU

Destinadas principalmente a integrar grandes plantasde automação industrial, as redes de comunicaçãorápidas conferem elevada performance de atuação egrande flexibilidade operacional, característicasexigidas em aplicações de sistemas complexos e/ouintegrados.As soft-starters SSW-03 Plus e SSW-04 podem seinterligar as redes de comunicação do tipo “FieldBus “através de Módulos FieldBus WEG, de acordo com oprotocolo desejado.

C L P

REDES “FIELDBUS”

. . .MFW-01 MFW-01

MIW-02 MIW-02MIW-02MIW-02MIW-02

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SOFT-STARTER10Tabela de Especificação - SSW-03 Plus

SOFT-STARTER SSW-03 Plus MOTOR MÁXIMO APLICÁVEL (1)

Tensão Nominal Ligação Padrão (3 cabos) Ligação no Delta (6 cabos)

da Modelo (A) Tensão Ta = 0...40 ºC Ta = 0...55 ºC Ta = 0...40 ºC Ta = 0...55 ºC Tamanho

Rede 40 ºC 55 ºC (V) CV kW CV kW CV kW CV kW

120 / 240-440 120 100 50 37 40 30 75 55 75 55 0170 / 220-440 170 145 75 77 50 37 125 90 100 75

1205 / 220-440 205 170 85 63 75 55 150 110 125 90255 / 220-440 255 255 100 75 100 75 175 130 175 130290 / 220-440 290 290 125 90 125 90 200 150 200 150 2340 / 220-440 340 290 140 103 125 90 250 185 200 150410 / 220-440 410 380 150 110 150 110 300 220 250 185 3

220475 / 220-440 475 475 200 150 200 150 350 260 330 240

4580 / 220-440 580 500 250 185 200 150 400 300 350 260670 / 220-440 670 550 270 200 225 166 450 300 400 300 5800 / 220-440 800 620 300 220 250 185 550 400 450 330

6950 / 220-440 950 800 400 300 300 220 650 475 550 4001100 / 220-440 1100 850 450 330 350 260 800 600 600 450

71400 / 220-440 1400 1800 600 450 450 330 1000 730 750 550120 / 220-440 120 100 75 55 75 55 150 110 125 90 0170 / 220-440 170 145 125 90 100 75 200 150 175 130

1205 / 220/440 205 170 150 110 125 90 250 185 200 150255 / 220-440 255 255 175 130 175 130 300 220 300 220290 / 220-440 290 290 200 150 200 150 350 260 350 260 2340 / 220-440 340 290 250 185 200 150 400 300 350 150410 / 220-440 410 380 300 220 270 200 500 370 450 330 3

380475 / 220-440 475 475 350 260 350 260 600 450 600 450

4580 / 220-440 580 500 400 300 370 270 700 500 630 470670 / 220-440 670 550 450 330 400 300 850 630 700 500 5800 / 220-440 800 620 550 400 450 330 1000 730 750 550

6950 / 220-440 950 800 750 550 600 450 1200 900 1000 7301100 / 220-440 1100 850 800 600 650 475 1350 1000 1050 770

71400 / 220-440 1400 1080 1000 730 800 600 1750 1300 1350 1000120 / 220-440 120 100 100 75 75 55 175 130 150 110 0170 / 220-440 170 145 150 110 100 75 250 185 200 150

1205 / 220-440 205 170 170 125 125 90 300 220 250 185255 / 220-440 255 255 200 150 200 150 350 260 350 260290 / 220-440 290 290 250 185 250 185 400 300 400 300 2340 / 220-440 340 290 270 200 250 185 500 370 400 300410 / 220-400 410 380 350 260 300 220 600 450 550 400 3

440475 / 220-440 475 475 400 300 400 300 700 500 650 476

4580 / 220-440 580 500 500 370 430 315 850 630 700 500670 / 220-440 670 550 550 400 450 330 950 700 800 600 5800 / 220-440 800 620 700 500 500 370 1150 850 900 660

6950 / 220/-440 950 800 800 600 700 500 1400 1050 1150 8501100 / 220-440 1100 850 900 660 750 550 1600 1200 1250 920

71400 / 220-440 1400 1080 1200 900 900 660 2050 1500 1550 1150120 / 460-575 120 100 125 90 100 75 225 165 175 130 0170 / 460-575 170 145 150 110 150 110 300 220 270 200

1205 / 460-575 205 170 220 160 176 130 400 300 300 220255 / 460-575 255 255 250 185 250 185 450 330 450 330290 / 460-575 290 290 300 220 300 220 550 400 550 400 2340 / 460-575 340 290 350 250 300 220 650 475 550 400410 / 460-575 410 380 575 450 330 400 300 750 550 700 500 3475 / 460-575 475 475 500 370 500 370 900 660 900 660

4580 / 460-575 580 500 600 450 550 400 1100 800 950 700670 / 460-575 670 550 750 550 600 450 1250 920 1050 770 5800 / 460-575 800 620 850 690 700 500 1500 1100 1150 850

6950 / 460-575 950 800 1100 800 850 630 1800 1300 1500 11001100 / 460-575 1100 850 1200 900 950 700 2100 1550 1600 1200

71400 / 460-575 1400 1080 1500 1100 1200 900 2650 1950 2050 1500

220

/ 230

/ 38

0 / 4

00 /

415

/ 440

V46

0 / 4

80 /

575

V

192

SOFT-STARTER10

NOTAS:(1) As potências indicad as nas tabelas (SSW-04 e SSW-03) são para cargas suaves do tipo bomb as entrífugas e compresso res,

com base em motores WEG de IV pólos - 60 Hz.Para aplicações com cargas pesadas e/ou condições severas, consul tar a WEG. O dimensio namento de Soft-Starters é feitocom base nos dados da curva de carga, número de partidas/hora e tipo de carga.

(2) Potências máximas de motores para Soft-Starters operando em ambiente com temperatura máxima de 40°C.(3) Potências máximas de motores para Soft-Starters operando em ambiente com temperatura máxima de 55°C.

Tabela de especificação - SSW-04

SOFT-STARTER SSW-04

ModeloInominal (A)

40°C 55°C

Tensão(V)

MOTOR MÁXIMO APLICÁVEL (1)

CV

Ta=0...40°C(2)

kW CV

Ta=0...55°C(3)

kW

TamanhoTensão

daRede

SÉRIE TAMANHOLARGURA“L” (mm)

ALTURA (mm)

“H”(IP 00)

“H2”(c/ kit IP 20)

PROFUNDIDADE“P” (mm)

PESO(kg)

SSW-04

SSW-03PLUS

1

2

0

1

2

3

4

5

6

7

140

224

521

571

679

275

365

480

530

605

655

705

855

1210

605

720

886

961

1011

1111

1288

-

199

283

244

257

315

325

345

431

5,2

9,0

17

20

42

50

59

64

72

180

Dimensões e Pesos

16 / 220-440 16 16 6 4,4 6 4,4

30 / 220-440 30 27 10 7,5 10 7,5

45 / 220-440 45 38 220 15 11 15 11

60 / 220-440 60 52 20 15 20 15

85 / 220-440 85 80 30 22 30 22

16 / 220-440 16 16 10 7,5 10 7,5

30 / 220-440 30 27 20 15 15 11

45 / 220-440 45 38 380 30 22 25 18,5

60 / 220-440 60 52 40 30 30 22

85 / 220-440 85 80 60 45 50 37

16 / 220-440 16 16 12,5 9,2 12,5 9,2

30 / 220-440 30 27 20 15 20 15

45 / 220-440 45 38 440 30 22 30 22

60 / 220-440 60 52 50 37 40 30

85 / 220-440 85 80 75 55 60 45

16 / 460-575 16 16 15 11 15 11

30 / 460-575 30 27 30 22 25 18,5

45 / 460-575 45 38 575 40 30 40 30

60 / 460-575 60 52 60 45 50 37

85 / 460-575 85 80 75 55 75 55

460/

480/

575

V22

0 / 2

30 /

240

/ 380

/ 40

0 /

415

/ 440

V

1

2

1

2

1

2

1

2

193

SOFT-STARTER10Codificação 1 2 / 3 / 4 – PL*

Ex.: SSW-04.60/220-440/2SSW-03.290/460-575/I - PL

* Somente para SSW-03 Plus** Exceto para SSW-03 Plus (1 100 e 1400A)

1 Linha Soft-Starter

SSW-04SSW-03 Plus

2 Corrente NOminal da Soft-Starter

SSW-04 ⇒ 16...85 ASSW-03 Plus ⇒ 120...1400 A

3 Faixa de Tensão da Rede de Alimentação

220-440V460-575V

4 Tensão Eletrônica / Ventilação

1 ⇒ 110-120 V **2 ⇒ 220-230 V

194

Adicional

Unidades para Redes deComunicação FieldBus

IHM-3PSUPERDRIVE

MAC-0XKIT IP20

RF ... -DLC/RF ... -1MMFW - 01 / PDMFW - 01 / DNMFW - 01 / MR

SOFT-STARTER10

Modelo 220-440 : 220 / 230 / 240 / 380 / 400 / 415 / 440 V ( + 10 % , - 15 % )Modelo 460-575 : 460 / 480 / 525 / 575 V ( + 10 % , - 15 % )50 / 60 Hz +/- 5 Hz ( 45 ... 65 Hz )Versão 1: 110 / 120 Vca e Versão 2: 220 / 230 VcaSSW-04: IP 20; SSW-03 Plus: IP 00 (Padrão) ou IP 20 (Opcional com kit)Variação da tensão sobre a carga ( motor )Fonte chaveada ( SSW-04 ) ; Fonte linear ( SSW-03 )Microcontrolador de 16 Bits300 % ( 3 x Inom. ) durante 20 s (SSW-04) e 30 s (SSW-03)450 % ( 4,5 x Inom.) durante 20 s (SSW-04) e 30 s (SSW-03) com redução de 33% na Inom.4 Entradas programáveis isoladas ( fotoacopladas ) : 24 Vcc1 Entrada diferencial programável (10 bits): 0...10Vcc, 0...20mA ou 4...20mA (Exceto SSW-04)2 Saídas programáveis ( NA ) : 250 V / 1 A1 Saída ( Reversor = NA + NF ) : 250 V / 1 A – Defeitos1 Saída programável ( 8 bits ) : 0...10 Vcc ( Exceto para SSW-04 )RS-232Unidades p/ comunicação em redes ProfiBus DP, DeviceNet ou ModBus RTU (opcionais)Sobrecorrente imediata na saída ( motor ) Falta de fase na alimentaçãoSubcorrente na saída ( motor ) Falta de fase na saída ( motor )Sobrecarga na saída ( motor ) – I 2 t Falha no tiristorSobretemperatura nos tiristores / dissipador Erro na CPU ( Watchdog )Sequência de fase invertida Erro de programaçãoDefeito externo Erro de comunicação serialInterface Homem-Máquina incorporada ( destacável ) – Display de LED’s 7 segmentosSenha de habilitação de programaçãoAuto-diagnóstico de defeitosFunção PUMP CONTROL ( proteção contra Golpe de Ariete em bombas )Função ECONOMIA DE ENERGIARelé para função de B Y-PASS da soft-starterInversão de sentido de giro por entrada digital programável ( via contatores externos )Interface serial RS-232Tensão inicial ( pedestal ) programável 25 ... 90 % da Tensão NominalRampa de aceleração programável 1 ... 240 segundosRampa de desaceleração programável OFF, 2 ... 240 segundosDegrau de tensão na desaceleração programável 100 ... 40 % da Tensão NominalLimitação de corrente de partida programável OFF, 150 ... 500 % da Corrente NominalSobrecorrente imediata programável 32 ... 200 % da Corrente NominalTempo de sobrecorrente imediata programável OFF, 1 ... 20 segundosSubcorrente imediata programável 20 ... 190 % da Corrente NominalTempo de subcorrente imediata programável OFF, 1 ... 30 segundosPulso de tensão na partida programável Nível : 70 ... 90 % da Tensão Nominal( KICK – START ) Duração : OFF, 0,2 ... 2 segundosFrenagem CC ( injeção de corrente contínua ) Nível : 30 ... 50 % da Tensão Nominal

Duração : 1 ... 10 segundosProteção de sobrecarga ( motor ) programável OFF, 30 ... 200 % da Corrente NominalFunção JOG ( impulso momentâneo ) 25 ... 50 % da Tensão NominalAuto-Reset de erros programável OFF, 10 ... 600 segundosAuto-Reset da memória térmica programável OFF, 1 ... 600 segundosClasse térmica de proteção sobrecarga do motor 5, 10, 15, 20, 25 e 30Fator de serviço do motor 0,80 ... 1,50Tensão nominal de linha da rede programável 220 ... 440 V e 460 ... 575 VInterface Homem-Máquina Remota ( LED’s )Software de programação via PCMódulo de aquisição de corrente (para SSW-03)Kit de montagem IP 20Filtro EMC (somente para SSW-04)

ProfiBus DP DeviceNet ModiBus RTU

Liga, Desliga / Reset, e Parametrização ( Programação de funções gerais )Incrementa e Decrementa parâmetros ou seu conteúdoCorrente de saída ( motor ) – [ A ] Tensão de saída – [ 0 ... 100 % U nom. ]Corrente de saída ( motor ) – [ % da I nominal ] Cos ϕ da carga – [ 0,00 ... 0,99 ]Potência ativa fornecida à carga – [ kW ] Back-up dos 4 últimos errosPotência aparente fornecida à carga – [ kVA ] Versão de software da Soft-StarterEstado da proteção térmica – [ 0 ... 250 ] Temperatura dissipador (SSW-04) – [ °C ]0 ... 40 °C – Condições normais de operação à corrente nominal40 ... 55 °C – Com redução na corrente/potência de saída (Vide tabela de corrente/potência )0 ... 90 %, sem condensação0 ... 1000 m – Condi ções normais de operação à corrente nominal1000 ... 4000 m – Com redução na corrente de saída de 1% / 100 m acima de 1000 mTampa: cinza claro RAL 7032 Gabinete: cinza escuro RAL 7022Norma UL 508 – Equipamentos de Controle IndustrialNorma EN 60947-4-2 ; LVD 73 / 23 / EEC – Diretiva de baixa tensãoEMC diretiva 89 / 336 / EEC – Ambiente industrial ( com filtro adici onal para SSW-04 )Underwriters Laboratories Inc. – USACertificado pelo ITS – UK

Tensão

FrequênciaEletrônica / VentilaçãoGabinete MetálicoMétodoTipo de AlimentaçãoCPUNormalPesadoDigitaisAnalógicasRelé

AnalógicasInterface SerialRedes “FieldBus”Proteções

Standard ( Padrão )

Opcionais

Comando

Supervisão ( Leitura )

Temperatura

UmidadeAltitude

CorSegurançaBaixa TensãoEMCUL(USA)/cUL(Canadá)CE ( Europa )

ALIMENTAÇÃO

GRAU DE PROTEÇÃOCONTROLE

REGIME DE PARTIDA( 10 Partidas / Hora )

ENTRADAS

SAÍDAS

COMUNICAÇÃO

SEGURANÇA

FUNÇÕES /RECURSOS

INTERFACEHOMEM – MÁQUINA

CONDIÇÕESAMBIENTE

ACABAMENTOCONFORMIDADES/NORMAS

CERTIFICAÇÕES

Características Técnicas

Dados sujeitos à alterações sem aviso prévio.

195

SOFT-STARTER1010.8 SOFT-STARTER

SSW-05Soft-Starters são chaves de partida estática, projetadaspara a aceleração, desaceleração e proteção de motoreselétricos de indução trifásicos, através do controle datensão aplicada ao motor.

As Soft-Starters Weg SSW - 05, com controle DSP (DigitalSignal Processor) foram projetadas para fornecer ótimaperformance na partida e parada de motores comexcelente relação custo-benefício. Permitindo fácil ajuste,simplifica as atividades de Posta-em-M archa e operaçãodo dia-a-dia. As chaves Soft-Starters SSW - 05 sãocompactas, contribuindo para a otimização de espaços empainéis elétricos.

A Soft-Starter SSW-05 Plus já incorpora todas as proteçõespara seu motor e létrico.

BENEFÍCIOS• Função “Kick-Start” para partida de cargas com

elevado atrito inicial• Redução acentuada dos esforços sobre os

acoplamentos e dispositivos de transmissão(redutores, polias, engrenagens, correias, etc)

• Aumento da vida útil do motor e equipamentosmecânicos da máquina acionada pela eliminação dechoques mecânicos

• Otimização automática de consumo de energia paraaplicações com carga reduzida ou à vazio

• Facilidade de operação, programação e manutenção• Simplificação da instalação elétrica• Operação em ambientes de até 55 °C

MODELOS

3 a 30A 45 a 85A

196

SOFT-STARTER10

Leds para indicação deestado da SSW-05

Dip-switch para Habilitar /Desabilitar as proteções domotor (modelo Plus)

Ajustes de tensão depedestal, corrente do motor,tempo de aceleracação edesaceleração,

Leds para indicação dasproteções da SSW-05(modelo Plus)

AJUSTES E INDICAÇÕES

CODIFICAÇÃOExemplos de Utilização

Ex.: SSW050010T2246PSZ SSW050060T4657PPZ

1 - Família SSW-052 - Corrente nominal de saída

3 - Entrada de alimentação T= Trifásica

4 - Tensão de Alimentação 2246 220 ... 460 V4657 460 ... 575 V

0003 3 A0010 10 A0016 16 A0023 23 A0030 30 A0045 45 A0060 60 A0085 85 A

5 - Idioma do manual do produto P = PortuguêsE = InglêsS = Espanhol

6 - Versão do produto S = StandardP = Plus

7 - Hardware especial 00= Standard (não há)Hx= Opcional versão x (H1 ... Hn)

8 - Software especial 00= Standard (não há)Sx = Opcional versão x (S1 ... Sn)

9 - Fim de código Z = dígito indicador de final de código

SSW05 0010 T 2246 P P 00 00 Z

1 2 3 4 5 6 7 8 9

197

SOFT-STARTER10

NOTA: As potências indicadas na tabela são para cargas do tipo bombas centrífugas e compressores, com base em motoresWEG e IV pólos - 60 Hz.Para aplicações com cargas pesadas e/ou condições severas, consultar a WEG.O dimensionamento de Soft-Starters é feito com base nos dados da curva de carga, número de partidas/hora e tipo decarga.

SSW-05.03

SSW-05.10

SSW-05.16

SSW-05.23

SSW-05.30

SSW-05.45

SSSW-05.60

SSSW-05.85

SSW-05.03

SSW-05.10

SSW-05.16

SSW-05.23

SSW-05.30

SSW-05.45

SSSW-05.60

SSSW-05.85

SSW-05.03

SSW-05.10

SSW-05.16

SSW-05.23

SSW-05.30

SSW-05.45

SSSW-05.60

SSSW-05.85

SSW-05.03

SSW-05.10

SSW-05.16

SSW-05.23

SSW-05.30

SSW-05.45

SSSW-05.60

SSSW-05.85

220/

230/

380/

400/

415/

440/

460/

480V

3

10

16

23

30

45

60

85

3

10

16

23

30

45

60

85

3

10

16

23

30

45

60

85

3

10

16

23

30

45

60

85

130

185

0,5

2,2

3,7

5,5

7,4

11

14,7

22,1

1,1

3,7

5,5

7,4

11

18,4

22,1

36,8

1,1

3,7

7,4

11

14,7

22,1

29,4

44,2

1,5

5,5

7,4

14,7

18,4

29,4

36,8

55,2

0,75

3

5

7,5

10

15

20

30

1,5

5

7,5

10

15

25

30

50

1,5

5

10

15

20

30

40

60

2

7,5

10

20

25

40

50

75

55

75

145

172

1,8

3,2

220 V

380V

440 V

575 V

130

185

55

75

145

172

1,8

3,2

130

185

55

75

145

172

1,8

3,2

130

185

55

75

145

172

1,8

3,2

500/

525/

575

V

Modelo

Micro Soft-Starter SSW-05TENSÃOD A

REDEI nom.

(A)Tensão

(V)

PotênciaDIMENSÕES

(mm) PESO(Kg)

A L P

MOTOR MÁXIMO APLICÁVEL

CV kW

Tabela de Especificação SSW-05

198

SOFT-STARTER10Características Técnicas

Dados sujeitos à alterações sem aviso prévio

MODELO SSW – 05 STANDARD SSW – 05 PLUSALIMENTAÇÃO Tensão 220 - 480 Vca (+10%, -15%)

500 - 575 Vca (+10%, -15%)

Freqüência 50 / 60 Hz

Eletrônica Fonte chaveada (90 – 250 Vca )

GRAU DE PROTEÇÃO Plástico injetado IP00

CONTROLE Método Variação da tensão sobre a carga (motor)

CPU Microcontrolador de 16 Bits (DSP)

REGIME DE PARTIDAS Normal 300% ( 3 x Inom. ) durante 10 s, 4 partidas p or hora

ENTRADAS Digitais 01 x entrada para partida e parada

01 entrada para reset de erros

SAÍDAS Digitais 01 saída a relé pa ra indicação de tensão plena (By-Pass)

01 saída a relé para indicação de Operação

COMUNICAÇÃO Interface Serial RS232C

SEGURANÇA Proteções Sobrecarga do motor

Seqüência de fase

Falta de fase

Rotor bloqueado

Sobrecarga nos SCRs

Sobrecorrente

Falha interna (watchdog)

FUNÇÕES / Tensão inicial 30 - 90% Tensão Nominal

RECURSOS Tempo da rampa 1 – 20 sde aceleração

Tempo da rampa de Off – 20 sdesaceleração

Relação entre In da 30 - 100%chave e In do motor

CONDIÇÕES Temperatura 0 ... 55 ºC - Condições normais de operação à corrente nominal

AMBIENTE Umidade 0 ... 90% sem condensação

Altitude 0 ... 1000 m - Condições normais de operação à corrente nominal

1000 ... 4000 m - Com redução na corrente de 1% / 100 m acima d e 1000 m

ACABAMENTO Cor Cinza Claro - Pantone - 413 C (tampa) e Preto (base)

INSTALAÇÃO Forma de Fixação Fixação por parafusos ou montagem em trilho DIN 35 mm

CONFORMIDADES / Segurança Norma UL 508 – Equip amentos de Controle Industrial

NORMAS Baixa Tensão IEC 60947-4-2

EMC EMC diretiva 89 / 336 / EEC - Ambiente industrial

Anexo ICÁLCULO DO MOMENTO DE INÉRCIA DEMASSA

1. Momento de inércia de formas simples

2. Teorema dos eixos paralelos

3. Momento de inércia de formascompostas

4. Momento de inércia de corpos que semovem linearmente

5. Transmissão de velocidade

6. Exemplos de cálculos de momento deinércia de massal Cálculo do momento de inércia de massa

l Cálculo do momento de inércia total

201

A seguir são apresentadas as expressões para o cálculodo momento de inércia de massa J [kgm2] de formasgeométricas simples, em relação ao seu eixobaricêntrico, ou seja, o eixo que passa pelo seu centrode gravidade. Todas as unidades deverão ser as doSistema Internacional (SI).

Serão utilizadas as seguintes notações:

m – massa [kg]

ρ – massa específica [kg/m3]

D – diâmetro externo [m]

d – diâmetro interno [m]

Db – diâmetro da base [m]

l – comprimento [m]

a, b – lados [m]

a) DISCO OU CILINDRO MACIÇOO momento de inércia de massa de um disco, ou de umcilindro maciço, referido ao seu eixo longitudinal é

J = 1/8 * m * D 2 [kgm 2],(4.1)

ou

J = π/32 * ρ * D4 * l [kgm 2]

(4.2)

CÁLCULO DO MOMENTO DEINÉRCIA DE MASSA

1. MOMENTO DEINÉRCIA DE FORMASSIMPLES

ANEXO

1

202

b) CILINDRO OCO

J = 1/8 * m * (D2 + d2) [kgm 2](4.3)

ou

J = π/32 * ρ * (D4 - d 4) * l [kgm2]

(4.4)

c) PARALELEPÍPEDO

J = 1/12 * m * (a2 + b2) [kgm 2](4.5)

ou

J = 1/12 * ρ * (a3b + ab 3) * l [kgm2]

(4.6)


ANEXO

1

203

d) CONE

J = 3/40 * m * D b2 [kgm 2]

(4.7)ou

J = π/160 * ρ * D b4 * l [kgm 2]

(4.8)

O momento de inércia de massa J’ [kgm2] de um corpoem relação a um eixo paralelo ao seu eixo baricêntricoé dado por

J’ = J + m * e 2

(4.9)

Sendo: e – distância entre os eixos [m], eJ – momento de inércia de massa em relação

ao eixo baricêntrico

2. TEOREMA DOS EIXOSPARALELOS


ANEXO

1

204

Exemplo:

J1 = 1/8 * m1 * (D12 + d1

2) [kgm2]

J2 = 1/8 * m2 * D12 + d2

2) [kgm2]

J3 = 1/8 * m3 * (D22 + d2

2) [kgm2]

J4 = 1/8 * m4 * D 22 [kgm2]

ou

J1 = (π * ρ) / 32 * (D14 – d 1

4) * I1

J2 = (π * ρ) / 32 * (D14 – d 2

4) * I2

J3 = (π * ρ) / 32 * (D24 – d 2

4) * I3

J4 = (π * ρ) / 32 * D24 * I 4

J = J1 + J2 + J3 + J4 [kgm2]

Onde:

mi - massa de cada primitiva i da peça [kg]

D1, D2 - diâmetros externos [m]

d1, d2 - diâmetros internos [m]

Ii - comprimentos de cada primitiva i dapeça [m]

3. MOMENTO DEINÉRCIA DE FORMASCOMPOSTAS


ANEXO

1

205

O momento de inércia de uma massa m [kg] que semove linearmente reflete-se no seu eixo deacionamento da seguinte forma:

4.1 Acionamento através de parafuso de movimento(fuso)

J = m * (p / 2π)2 [kgm 2](4.10 )

Sendo:p – passo do fuso [m]

4.2 Acionamento através de pinhão/cremalheira, outambor/cabo, ou ainda rolete/esteira

J = m * r 2 [kgm 2](4.11 )

Sendo:r – raio primitivo do pinhão, ou raio externo do

tambor ou rolete [m]

O momento de inércia de massa é refletido do eixo desaída (2) para o eixo de entrada (1) de umatransmissão de acordo com a seguinte expressão:

J1 = J 2 / i2

(4.12 )

Onde:

J2 – momento de inércia [kgm2] no eixo desaída (2), com rotação n 2 [rpm]

J1 – momento de inércia [kgm2] no eixo deentrada (1), com rotação n 1 [rpm]

i – razão de transmissão (i = n1 / n 2)

4. MOMENTO DEINÉRCIA DE CORPOSQUE SE MOVEMLINEARMENTE

5. TRANSMISSÃOMECÂNICA


ANEXO

1

206

6.1 Calcular o momento de inércia de massa J dovolante mostrado na figura abaixo

a) Momento de inércia do volante maciçoJ1 = (π * ρ) / 32 * d1

4 * I 1

b) Momento de inércia dos alívios laterais (negativo)J2 = (π * ρ) / 32 * d2

4 * (I1 – I 2)

c) Momento de inércia dos excessos laterais do cubo(positivo)

J3 = (π * ρ) / 32 * d34 * (I3 – I 2)

d) Momento de inércia do furo do cubo (negativo)J4 = (π * ρ) / 32 * d4

4 * I 3

e) Momento de inércia de um furo da almaJ5 = (π * ρ) / 32 * d5

4 * I 2

f) Transposição de e) para o eixo baricêntrico dovolante

J’5 = [(π * ρ) / 32 * d54 * I 2] + [(π * ρ) / 16 * d5

2 * d62 * I 2]

J’5 = (π * ρ) / 32 * d52 * I 2 * (d5

2 + d62)

g) Momento de inércia de massa do volanteJ = J1 – J2 + J3 – J4 – (4 * J’5)

J = (π * ρ) / 32 * {d14 * I 1 – d 2

4 * (I1 – I 2) + d34 *

(I3 – I 2) – d44 * I 3 – 4 * [d5

2 * I 2 * (d52 + 2 * d6

2)]}

6. EXEMPLOS DECÁLCULOS DEMOMENTO DEINÉRCIA DE MASSA


ANEXO

1

207

6.2 Para o sistema mostrado no diagrama abaixo,calcular o momento de inércia total referido aoeixo do motor

Dados:

JM = momento de inércia de massa do rotor domotor [kgm2]

JP1 = momento de inércia de massa da poliamotora P1 [kgm2]

JP2 = momento de inércia de massa da poliamovida P2 [kgm2]

I = razão de transmissão (i = n1 / n2)

JF = momento de inércia de massa do fuso deesferas recirculantes [kgm2]

pF = passo da rosca do fuso de esferasrecirculantes [m]

mM = massa móvel da mesa da máquina [kg]

mP = massa da peça [kg]

Logo,JTOt = JM + JP1 + (1/I2) * [JP2 + JF + (pF/2π)2 * (mM +mP)]


ANEXO

1

Anexo IICORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA EREDUÇÃO DA DISTORÇÃO HARMÔNICA DAREDE EM INSTALAÇÕES COM INVERSORESDE FREQÜÊNCIA

211

É inegável a utilização cada vez maior de inversores defreqüência para o controle de velocidade de motores.Sua utilização na área industrial é prática comum etambém cresce nas áreas comerciais e domésticas(refrigeração, condicionamento de ar, eletrodomésticos,etc). A variação da velocidade dos motores através deinversores traz como vantagens a melhoria daeficiência dos processos/equipamentos e também nouso mais racional da energia elétrica.

Devido as características do circuito de entrada dosinversores, normalmente constituído de um retificadora diodos e um banco de capacitores de filtro, a suacorrente de entrada (drenada da rede) possui umaforma de onda não senoidal contendo harmônicas dafreqüência fundamental. Estas correntes harmônicascirculando nas impedâncias da rede de alimentaçãoprovocam quedas de tensão harmônicas distorcendo atensão de alimentação do próprio inversor ou de outrosconsumidores. Como efeito destas distorçõesharmônicas de corrente e tensão podemos ter oaumento de perdas elétricas nas instalações com sobre-aquecimento dos seus componentes (cabos,transformadores, bancos de capacitores, motores, etc),falhas no funcionamento de equipamentos eletrônicosbem como um baixo fator de potência.

O conceito de “Power Quality (PQ)”, que pode sertraduzido como qualidade da energia elétrica, temganho cada vez mais importância e algumas empresastêm adotado normas para garantir um determinadonível deste, nos sistemas elétricos de potênciaprojetados e colocados em funcionamento nas suasinstalações. Isto exige conhecimento técnico dascaracterísticas elétricas de ent rada dos inversores defreqüência e sua interação com o sistema elétrico.

Os objetivos deste artigo são o de analisar os princípiosda geração de harmônicos dos inversores defreqüência destinados ao acionamento de motores, osefeitos causados na rede elétrica de alimentação e asopções que podem ser emp regadas para minimizaçãodestes efeitos.

1. INTRODUÇÃO

CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃODA DISTORÇÃO HARMÔNICA

ANEXO

2

212

A grande maioria dos inversores de freqüência paramotores de indução apresenta uma corrente deentrada (corrente consumida da rede elétrica CA) comforma de onda não senoidal. O circuito de entrada maisfreqüentemente encontrado constitue-se basicamentede uma ponte retificadora de diodos monofásica outrifásica, dependendo da potência do inversor defreqüência, e um banco de capacitores de filtroconectado a saída deste retificador (no denominadocircuito intermediário), como mostrado na figura 1.Para potências maiores é comum a adição deimpedâncias limitadoras tais como reatâncias de rede(Lr) ou bobinas CC (Lcc) no circuito intermediário,localizadas interna ou externamente aos inversores defreqüência.

O espectro das formas de onda da corrente (Ir)consumida da rede apresenta um valor fundamental(componente de 50 ou 60Hz) e harmônicas de ordemsuperior. Em geral as harmônicas de ordem parpossuem amplitudes desp rezíveis assim como as deordem múltiplas de 3 para os casos de alimentaçãotrifási ca.

A conexão destes inversores de freqüência a uma redeelétrica ocasiona uma distorção na tensão devido aqueda na impedância série da rede, a qual é devidanormalmente a impedância série de transformadores ea impedância dos cabos de interconexão. Estaimpedância é representada por uma indutância pura(Ls) para efeito de análise. A amplitude das harmônicasde tensão no PCC podem se r calculadas se conhecidosos valores da reatância de rede e das amplitudes dascorrentes harmônicas:

Vh = h . 2π . f . Ls . I rh

Onde:Vh = tensão harmônica de ordem h devido a corrente

harmônica de ordem hf = freqüência da rede de alimentaçãoIrh = corrente harmônica de entrada de ordem h

É importante salientar que o circuito de entrada nãopode ser caracterizado como uma fonte de correntesharmônicas como comumente é feito para osacionamentos de corrente contínua, pois as harmônicasda corrente de entrada são dependentes como uma

2. DISTORÇÃOHARMÔNICA

2.1 ORIGENS

ANEXO

2 CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃODA DISTORÇÃO HARMÔNICA

213

função não linear da soma dos valores das reatânciaspresentes na entrada do retificador (Lr ou Lcc) e dareatância de rede (Ls). Uma vez conhecidas asreatâncias, as harmônicas de correntes podem sercalculadas ou facilmente obtidas através de simulação.

Figura 1 - Circuito de potência típico dos inversores de fr eqüência

O ponto de interesse para se avaliar o valor dadistorção harmônica de tensão é o denominado Pontode Conexão Comum (PCC) que é o ponto onde sãoconectados os Inversores de Freqüências e as demaiscargas alimentadas por esta rede. Como figura demérito para se avaliar a distorção harmônica da redeelétrica no PCC uti liza-se a Distorção Harmônica Totalde Tensão (no inglês denominada por THD) e definidacomo segue:

THD(V)% = 100 . –––––––––––

onde:V = amplitude da onda fundamental de tensão (50

ou 60Hz);Vh = amplitude da harmônica de tensão de ordem h

[em muitas aplicações práticas a medição eanálise é limitada a 31ª harmônica (h=31) semsacrifício da precisão].

Além da distorção harmônica da tensão outra grandezade interesse é o fator de potência na entrada. O fatorde potência considerado é o chamado fator de potênciatotal (FP). Não confundir com o COS φ1 da onda

2.2 DEFINIÇÕES

∑ Vh2

V1

∞

h = 2

ANEXO

2CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃODA DISTORÇÃO HARMÔNICA

214

fundamental. O fator de potência é definido comosegue:

(entrada trifásica)

Pe

FP = –––––––––––– √3 . I e . V e

(entrada monofásica)

Pe

FP = ––––––––––––Ie . V e

Onde:Pe = potência ativa na entrada do inversor de

freqüência [W]Ie = corrente na entrada do inversor de freqüência

[A]Ve = tensão na entrada do inversor de freqüência [V]

O fator de potência na entrada também pode serexpresso em função da distorção harmônica decorrente e do COS φ1 da fundamental como segue:

COS φ1FP = ––––––––––––

1 + µ2

Onde:COSφ1 = fator de potência da onda fundamental

µ = distorção harmônica de corrente, definida pelaequação:

µ = –––––––––––––

ANEXO

2

∑ Ih2

I1

h

2

CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃODA DISTORÇÃO HARMÔNICA

215

Pelas equações nota-se que quanto menor a distorçãoharmônica de corrente mais o fator de potência total seaproxima do fator de potência da onda fundamental.

Na prática o COS φ1 da onda fundamental é muitopróximo de 1. Portanto, um método eficaz paraaumento do FP é o da redução das amplitudes dasharmônicas da corrente de entrada, o que pode serconseguido através de diversos métodos a seremmostrados posteriormente.

Os valores característicos dos circuitos de entrada dosinversores de freqüência estão indicados n a Tabela 1para redes monofásicas e na Tabela 2 para redestrifásicas.

2.3 OBTENÇÃO DASHARMÔNICAS DECORRENTE

Tabela 1 - Valores característicos do circuito de entrada de inve rsores de freqüência para redesmonofásicas. Valores expressos em percentual da corrente nominal de saída do inversor.

X Ir1 Ir3 Ir5 Ir7 Ir9 Ir11 Ir13 Ir15 Irms THD(I) FP

0,5 160 138,8 103,0 63,2 30,1 12,8 11,9 10,2 247 117 0,64

1 160 128,6 82,2 38,0 13,7 12,4 8,8 5,3 225 99 0,69

2 160 115,4 57,9 17,7 12,8 8,4 5,3 4,4 207 82 0,73

3 160 105,6 43,3 13,3 11,5 5,8 5,3 3,1 198 72 0,75

4 160 98,1 33,6 12,8 9,3 5,3 4,0 2,6 191 66 0,76

5 160 91,5 26,5 12,8 7,1 5,3 3,1 2,6 187 60 0,77

Tabela 2 - Valores característicos do circuito de entrada de inve rsores de freqüência para redestrifásicas. Valores expressos em percentual da corrente nominal de saída do inversor.

X Ir1 Ir5 Ir7 Ir11 Ir13 Irms THD(I) FP

0,5 93 72,2 54,8 21,4 9,8 131 101 0,69

1 93 63,7 42,3 9,4 6,0 121 84 0,75

2 93 47,3 24,2 6,7 4,9 106 59 0,83

3 93 37,3 14,9 6,7 3,4 99 45 0,88

4 93 32,7 11,0 6,3 3,0 96 39 0,90

5 93 29,6 8,7 5,8 3,0 96 35 0,91

ANEXO


216

As tabelas 1 e 2 indicam os valores das correntesharmônicas Irh de ordem h e da corrente eficaz deentrada expressas em percentual da corrente nominalde saída do inversor de freqüência. O valor da taxa dedistorção harmônica de corrente THD(I) é definido por:

THD(I)% = 100 . –––––––––––

Os valores são indicados em função do valor da quedade tensão percentual nas reatâncias indutivaspresentes no circuito de entrada do inversor defreqüência ( Ls + Lr + Lcc/2 da figura 1) quandopercorridos pela corrente de saída nominal do inversor.

Muitas empresas utilizam integralmente ou em parteos requisitos desta norma para criar suas própriasnormas e critérios internos de especificação.Em 1981 o IEEE (Institute of Electrical and ElectronicEngineers) estabeleceu os riscos e recomendou níveisde distorção harmônica de tensão em seu “paper”IEEE-519. Este documento foi revisado em 1992 paraincluir níveis máximos recomendados de distorçãoharmônica de corrente.Esta norma define um THD máximo de 3% paraSistemas em Geral (General System) valor estemostrado na tabela 10.2 desta norma aquireproduzida.

∑ Irh2

Ir1

∞

h = 2

3. NORMASRELACIONADAS

Tabela 3 - Reprodução da Tabela 10.2 da IEEE-519 -“Low-Voltage System Classification andDistortion Limits” (Classificação de Sistemas de Baixa Tensão e Níveis de Distorção).

Aplicações Sistemas SistemasEspeciais Genéricos Dedicados

“Profundidade dos Notches” 10% 20% 50%THD (V) 3% 5% 10%

Área dos Notches 16.400 22.800 36.500

Aplicações especiais incluem hospitais e aeroportos.Um sistema dedicado é exclusivamente ded icado para alimentar o conversor.

ANEXO


217

Para uma análise de atendimento dos requisitos destanorma é necessário termos informações da instalação(impedância % ou impedância de curto-circuito dostransformadores, corrente de demanda nominal,bitolas e comprimento de cabos, t ipo e localização dascargas, etc) e informações dos inversores de freqüênciafornecidas pelo fabricante (amplitude das harmônicasde corrente).Na Europa estão previstas a adoção de normas quelimitam as harmônicas de corrente consumidas pelosinversores de freqüência. Estas normas são normas deproduto diferentemente da IEEE-519 a qual não limitaas harmônicas do inversor de freqüênciaindependentemente, mas sim o seu efeito no sistema. Anorma EN 61800-3: 1996 – “Adjustable s peedelectrical power drive systems” (dispositivos de driveselétricos de potência com velocidade variável) – Part 3– “EMC product standard including specific testmethods” (norma de EMC incluindo métodos de testeespecíficos) estabelece que os fabricantes de inversoresde freqüência deverão disponibilizar informaçõessobre os níveis de harmônicas de corrente sob carganominal como um percentual da corrente nominal. Osvalores devem ser mostrados para ordem deharmônicas até pelo menos a 25ª sob certas condiçõesde rede: razão de curto-circuito (Rsc) = 250, 1% dedistorção inicial em tensão e impedância da redepuramente indutiva. Para equipamentos com correntede entrada <16A é necessário o atendimento dosrequisitos da norma IEC 1000-3-2 – “Harmonic limitsfor equipment with input currents <16A per phase(limites de harmônicas para equipamentos com correntesde entrada <16A por fase) a qual substitui a antiga IEC555-2. Para equipamentos com correntes >16A oatendimento da fu tura norma IEC 1000-3-4 érecomendado.

A IEC 1000-3-2 publicada em 1995 para ser seguida apartir de 1º de Janeiro de 1997, foi adiadaprimeiramente para 1º de Junho d e 1998 e maisrecentemente para 1º de Janeiro de 2001. As dataspara obrigatoriedade do atendimento destas normasna Europa tem sofrido várias alterações, sendo muitasvezes difícil se chegar a um consenso sobre um assuntocomplexo e que requer dos fabricantes de inversoresde freqüência alterações substanciais nos projetos paracumprimento dos requisitos, com reflexoprincipalmente no custo.

ANEXO


218

O uso de capacitores para correção de fator depotência em redes elétricas que alimentam inversoresde freqüên cia pode ocasionar problemas comoressonâncias série ou paralela na rede elétricaexcitadas pelas harmônicas da corrente consumidapelos inversores. Além disto os capacitores podem sersobrecarregados por estas correntes harmônicas. Osriscos de problemas são tanto maiores quanto maior foro peso das cargas não lineares em relação as lineares equanto mais próximo os capacitores estiverem destascargas.Para reduzir o risco de problemas no uso destescapacitores sugere-se o seguinte:• somente utilizar capacitores para correção de fator

de potência quando as correntes consumidas pelosinversores e outras cargas não-linearesrepresentarem no máximo 20% da corrente total dedemanda. Neste caso os capacitores corrigem o fatorde potência somente d as cargas lineares.

• utilizar sempre reatores em série com os capacitores.• posicionar os capacitores fisicamente longe dos

inversores, se possível na alta tensão.• dimensionar os capacitores considerando as

correntes de 60Hz e das harmônicas.

A introdução de uma indutância em série com aalimentação (reatância de rede) ou no circuitointermediário (bobina cc),acarreta uma melhora dofator de potência (aumento) e uma diminuição dadistorção harmônica da corrente como mostrado nafigura 2.

Para drives com entrada trifásica e potência maior que15HP é prática comum o uso de reatância de rede naentrada destes.

Como vantagens adicionais da reatância de rede estãoa redução da corrente eficaz nos diodos do retificador,redução da corrente de ripple nos capacitores docircuito intermediário e a limitação da área dos“notches”, provocados por curto-circuitosmomentâneos da rede elétrica devidos à conduçãosimultânea dos diodos do retificador. A área dos“notches” possui limites definidos na norma IEEE-5191992. A reatância de rede ainda reduz a incidência debloqueio dos drives por sobretensão no circuitointermediário devido a surtos de tensão na rede

4. ALTERNATIVAS PARACORREÇÃO DOFATOR DE POTÊNCIAE REDUÇÃO DASCORRENTESHARMÔNICAS

4.1 CAPACITORES

4.2 REATÂNCIA DE REDEE BOBINA CC

ANEXO


219

elétrica. Neste caso, pelo fato destes transientes quecausam sobretensão serem de modo diferencial, oefeito limitador da reatância de rede é maior quandocomparado a bobina cc pelo fato da indutânciaaparecer de forma duplicada.

Na figura 2 podemos ver que a introdução de umabobina cc em um drive de 25HP/440V com entradatrifásica causa uma diminuição do ripple de tensão nocircuito intermediário sem no entanto diminuir o valormédio desta tensão. A utilização de bobina cc,dependendo da combinação dos valores deimpedância de rede, indutância da bobina cc e dacapacitância do link DC, pode resultar em ressonânciasindesejadas com o sistema. A corrente de entradatambém passa de descontínua para contínua (com abobina cc) o que pode introduzir ‘notches” na tensãoda rede.

Figura 2 - Formas de onda medidas em um inversor de 25HP comalimentação trifásica em 440V/60Hz(a) Forma de onda da corrente de entrada e da tensão no circuito

intermediário sem reatância de rede e sem bobina cc(b) Forma de onda da corrente de entrada e da tensão no circuito

intermediário sem reatância de rede e com bobina cc

A inclusão da reatância de rede também provoca umadiminuição do valor da tensão média do circuitointermediário comparada aquela obtida sem reatância.A maioria dos inversores de freqüência é do tipo PWMcom índice de sobremodulação limitado, não atingindoa chamada onda quase-quadrada na saída com oobjetivo de reduzir as perdas no motor. A tensão desaída máxima é dada por:

ANEXO


220

1,05 . VdcVo, máx = ––––––––––––––

√2

Onde:Vo,máx = tensão eficaz máxima na saída do Inversor

de Freqüência (Volts)Vdc = valor médio da tensão no circuito

intermediário (Volts)

A utilização de reatância de rede que apresenta umaqueda de tensão p ercentual de 2 a 3% para a correntenominal do inversor de freqüência resulta num bomcompromisso entre a queda de tensão no motor,melhoria do fator de potência e redução da distorçãoharmônica da corrente.

Uma alternativa para diminuir a distorção harmônicae aumentar o fator de potência de inversores é o usode filtros sintonizados.

No caso dos inversores de freqüência com entradamonofásica o mais comum é o filtro série sintonizadona 3ª harmônica. Neste caso a distorção da corrente émenor que a obtida com a reatância de rede, sendoque a amplitude da 3ª harmônica é reduzida a zero. Atensão do circuito intermediário apresenta uma quedasignificativa em comparação ao valor obtido sem filtro.

Outra alternativa são os Filtros Sintonizados (ou FiltrosFiltros Shunt, Paralelos ou “Trap-Filters”). O uso destesfiltros, apesar de citados na IEEE-519, pode ocasionarproblemas de ressonância com a rede de alimentaçãoou pode haver a “importação de correntes harmônicas”de outras cargas não lineares, sobrecarregando o filtro.Em ambos os casos citados poderemos ter umadistorção maior da rede e/ou uma sobrecarga noscomponentes do filtro. Portanto, para uso destes filtrosfaz-se necessário uma análise detalhada envolvendotodo o sistema.

Uma alternativa recentemente proposta porfabricantes de filtros é o uso de Filtros Shunt +Reatância de Rede, como mostrado na figura 3. Váriosfiltros poderiam ser utilizados em paralelo cada umsintonizado para uma determinada harmônica. Avantagem de tal configuração é possibilitar a redução

4.3 FILTROSSINTONIZADOS

ANEXO


221

das harmônicas da corrente consumida da rede elétricasem o perigo de haver a “importação de correntesharmônicas” de outras cargas, devido ao fato do filtrooperar apenas com as harmônicas de corrente dodrive, estando “isolado” das demais cargas pelareatância série. Além disto a possibilidade deocorrerem ressonâncias com a rede elétrica éminimizada pelo fato da reatância série deslocar afreqüência natural de ressonância para um valormenor que a freqüência da rede.

O contator K1 é utilizado para desconectar oscapacitores da linha enquanto o inversor estiverdesabilitado, evitando o excesso de capacitores narede.

Figura 3 - Filtro shunt + reatância de rede

Uma nova alternativa que compete com a anteriorpara o caso de inversores de freqüência com entradatrifásica é o chamado Filtro tipo “Broad-Band”. Naprática trata-se de um filtro passa-baixa com umtransformador para regulação de tensão, comomostrado na figura 4. O transformador é necessáriopara manter a tensão do circuito intermediárioaproximadamente constante com a variação da cargado motor acionado pelo drive.

4.4 FILTROS “BROAD-BAND”

ANEXO


222

Diferente da alternativa anterior (filtro shunt +reatância de rede), problemas de “importação decorrentes harmônicas” de outras cargas ou ressonâncianão ocorrem.

Valores típicos obtidos com uso destes filtros conectadosa entrada de um drive trifásico são THD(I)=8 a 10% eFP=0,90 a 0,95 em avanço, para carga nominal e 0,20a 0,30 também em avanço para a situação do drivebloqueado.

Figura 4 - Circuito do Filtro Broad-Band

Outro método muito eficaz para atenuação dasharmônicas de corrente são os equipamentos paracorreção ativa que são instalados em paralelo com aalimentação e externamente aos inversores. Estesequipamentos possuem um circuito de controle que fazcom que absorvam uma corrente reativa de forma acompensar os reativos do inversor (figura 5). Aaplicação destes filtros ativos deverá seguir aorientação dos fabricantes destes e os níveis deatenuação serão controlados de acordo com a potênciae o número de filtros utilizados. Para inversores demaior potência é necessário o uso de diversos filtros emparalelo.

Uma característica destes filtros é que, para quetenham um funcionamento eficiente, a velocidade deresposta de controle deve ser alta. Na prática istosignifica que, além de algoritmos de controle comresposta rápida, os semicondutores de potência destesequipamentos devem operar com freqüências dechaveamento altas (maior que 10KHz), o que implicaem gastos de energia adicionais e custo elevado.

4.5 FILTROS ATIVOS

ANEXO


223

O uso correto deste tipo de filtro reduz drasticamente adistorção da corrente absorvida da rede elétrica.Resultados típicos obtidos com este tipo de filtro sãomostrados na figura 6.

Figura 5 - Exemplo de uso de Compensador Ativo Paralelo com Inversorde Freqüência

Figura 6 - Harmônicas da corrente consumida da rede elétrica com o usode um compensador ativo paralelo com corrente nominal de 103 A ligadoà entrada de um inversor trifásico. O THD(I) é reduzido de 76,4% para3,7%

ANEXO


224

Uma das alternativas para a redução da distorçãoharmônica da corrente e o aumento do fator depotência dos inversors com entrada trifásica é autilização de circuitos retificadores com maior númerode pulsos. Para inversores de baixa tensão sãoutilizados retificadores de 12 ou 18 pulsos. Na figura 7temos um exemplo de medições feitas em um casoprático de uso de um inversor de 250HP com umtransformador defasador (estrela/delta) mais retificadorde 12 pulsos com conexão série.

Teoricamente as harmônicas de ordem h<11 deveriamapresentar amplitude zero. No entanto desequilíbriosentre as reatâncias de dispersão de fluxo dossecundários Y/∆ do transformador fazem com que naprática tenhamos valores diferentes de zero como vistona tabela da figura 7. A amplitude da terceiraharmônica mostrada pode ser devida a distorção jáexistente na tensão da rede de alimentação, mesmoantes da instalação do inversor, provocada por outrascargas não lineares ligadas nesta rede elétrica e efeitosde saturação de transformadores de alimentação. Adistorção harmônica da corrente é bastante reduzidaTHD(I)=8,6% e o fator de potência elevado FP=0,98.

Figura 7 - Dados de medição em um caso real de uso de um Inversor de250HP com retificador de 12 pulsos, conexão série, alimentação em 480Vtrifásico, acionando motor de 250HP - 460V com carga nominal(a) Forma de onda da corrente de linha(b) harmônicas de corrente, THD(I)=8,6%. O fator de potência medido na

entrada do inversor é PF=0,98

4.6 RETIFICADORES DE12 E 18 PULSOS

(a) (b)

ANEXO


225

No caso de inversores com entrada monofásica épossível a modificação da topologia do circuito deentrada para introduzir correção ativa das harmônicaspara atender, por exemplo, a IEC 1000-3-2. Váriastopologias do circuito de potência tem sido estudadas.Porém, os custo obtidos até agora não tem permitido oseu uso na maioria das aplicações industriais. Note-seque o mercado de inversores de freqüência comentrada monofásica limita-se a potências de no máximo2HP. Esta faixa de potência é dominada peloschamados “microdrives”, sendo um mercadoextremamente competitivo com uma pressão enormesobre preços, dimensões físicas e facilidade deoperação e colocação em funcionamento.

No caso dos inversores de freqüência com entradatrifásica podem ser usados retificadores de entradacom IGBTs. Estes podem ser fornecidos comodispositivos opcionais para serem instaladosexternamente ou já virem de fábrica instalados dentrodo inversor em substituição ao retificador de diodosdeste. Neste caso, além da eliminação das harmônicasde baixa ordem de forma bastante eficaz, é possível aregeneração de energia para a rede elétrica. Na figura8 são apresentadas algumas medidas feitas em uminversor de 50HP provido de um retificador com IGBTs.Nota-se que independentemente da carga, se torqueresistente (modo motor) ou de frenagem (modogerador), a corrente permanece praticamente senoidale em fase com a tensão garantindo com isso uma baixadistorção harmônica e um alto fator de potência(praticamente unitário).

Figura 8 - Blocodiagrama de inversor com retificador com IGBTs

4.7 RETIFICADORESCOM IGBTS

4.7.1 Inversores deFreqüência comentrada monofásica

4.7.2 Inversores deFreqüência comentrada trifásica

ANEXO


226

Figura 9 - Medidas feitas em um caso real de uso de um inversor de50HP, alimentação em 380V e com retificador de entrada com IGBTs(a) Formas de onda da corrente e tensão de rede para a situação do

motor frenando com 70% da carga nominal [I1=43,8A; THD(I)=8,7%;PF=-0,97]

(b) Formas de onda da corrente e tensão de rede para a situação domotor com carga nominal [I1=65,2A; THD(I)=8,2%; PF=0,97]

(c) Harmônicas de corrente para as situações (a) e (b).

Em instalações onde existem diversos inversores comentrada monofásica é possível utilizar filtros comobjetivo de atenuar a amplitude das harmônicas triplasde corrente (3ª, 9ª e 15ª) que circulam no neutro.O uso destes filtros, além de reduzir a distorção datensão provocada pelas citadas harmônicas decorrente, reduz a sobrecarga no cabo do neutro. Abitola do cabo do neutro é muitas vezes dimensionadapara uma capacidade de corrente inferior a dos cabosutilizados nas fases. Na figura 10 podemos observaruma aplicação típica deste tipo de filtro. O filtro deveser posicionado o mais próximo possível dos inversores,de forma a evitar que as harmônicas triplas da correntecirculem por um trecho grande da instalação.

O filtro é constituido de uma carga reativa de baixaimpedância de seqüência zero. Na prática trata-se de

(c)

(b)

(d)

4.8 FILTROS DECORRENTE DONEUTRO

(a)

ANEXO


227

um autotransformador em delta ou em configuraçõesmais complexas tipo zig-zag.

Figura 10 - Aplicação típica de um filtro de corrente de neutro

Os transformadores defasadores são úteis na reduçãode harmônicas em instalações onde existem pelomenos dois inversores de freqüência com entradatrifásica. Através do deslocamento de fase das tensõesnas saídas destes transformadores é possível ocancelamento de harmônicas na entrada destes.

Na figura 11 podemos observar um exemplo deaplicação de um transformador defasador que possuidois secundários com defasamentos de 0 e 30° emrelação a tensão de entrada. Neste caso, se os doisinversores forem da mesma potência, acionaremmotores iguais, i. e., motores de mesma potência e coma mesma carga no eixo, consegue-se o cancelamentoda 5ª e da 7ª harmônica gerada por estes doisinversores no primário do transformador. Obviamente,caso os inversores não apresentem correntes deentrada idênticas não haverá um cancelamento totaldestas harmônicas. O transformador deverá serprojetado de tal forma a apresentar uma impedânciasemelhante entre os seus enrolamentos secudários.Com este arranjo consegue-se um desempenho, do

4.9 TRANSFORMADORESDEFASADORES

ANEXO


228

ponto de vista da corrente consumida da rede pelosdois inversores, idêntico a de um inversor defreqüência com retificador de 12 pulsos.

Figura 11 - Transformador defasador com s ecundários Y / ∆

Com o uso cada vez maior de inversores de freqüência,existe a necessidade de medidas preventivas para amelhoria do fator de potência e para a redução dadistorção harmônica das correntes no sistema elétrico.Como a maioria dos inversores de freqüência possui nocircuito de entrada uma ponte de diodos, no qual oatraso da fundamental da corrente de entrada emrelação a tensão de rede é muito pequeno, a melhoriado fator de potência pode ser obtida com a reduçãodas harmônicas de corrente. Para isto, foramapresentadas diversas alternativas que vão desde aintrodução de uma reatância na entrada até asofisticada inclusão de filtros ativos e/ou retificadorestransistorizados. A adoção de uma ou de outra destastécnicas deve ser analisada levando-se em conta osseguintes aspectos: impacto na qualidade de energiacausado pelo inversor de freqüência na instalaçãoelétrica na qual o mesmo será conectado, simplicidade,custo e eficiência energética.

5. CONCLUSÃO

ANEXO


Anexo IIICHECK-LIST PARA DETALHAMENTO DAAPLICAÇÃO

231

CHECK-LIST PARA DETALHAMENTO DA APLICAÇÃOANEXO

3Folha de Dados para Dimensionamento - Inversor de Freqüência

Dados Gerais

Empresa: Tel.:

Cidade / Estado: Fax:

Pessoa de Contato: E-mail:

Aplicaç ão / Carga:

Dados da AplicaçãoPotência Nominal: Nº de Pólos / Rotação Nominal: Tensão e Corrente de Placa: ........................ CV [ ] 2 Pólos (3600 rpm) [ ] 220 V ⇒ ............AFator de Serviço: [ ] 4 Pólos (1800 rpm) [ ] 380 V ⇒ ............A F.S. = ....................... [ ] 6 Pólos (1200 rpm) [ ] 440 V ⇒ ............A

[ ] 8 Pólos ( 900 rpm) [ ] ....... V ⇒ ............AÉ utilizado? [ ] ..... Pólos (........... rpm) [ ] Não Faixa de Rotação desejada: Número de Partida por hora: [ ] Sim De ................ a ................ rpm .................. Partida s / Hora

Tipo de Carga: Relação de Redução entre o Sobrecarga na Partida ou em [ ] Torque Constante Eixo do Motor e a Carga: Regime é Maior que 150%? [ ] Torque Quadrático Relação ⇒ 1: ........................... [ ] Torque Indefinido Rotação no Motor: .................... rpm [ ] Não (especificar nas Obs.) Rotaçã o na Carga: ................... rpm [ ] Sim ⇒ ....................... %

Tipo de Parada (Frenagem) Necessária: [ ] Parada por Inércia (por Desligamento do Motor e Inversor) [ ] Parada Suave por Rampa de Desaceleração ⇒ (Tempo Desejado de ................... segundos) [ ] Parada Rápida por Frenagem Elétrica ⇒ (Tempo Deseja do de ..................... segundos)

Rede de Alimentação Condições do Ambiente para Instalação: [ ] 220 V Altitude: Atmosfera: Temperatura: [ ] 380 V [ ] 50 Hz [ ] Até 1000m [ ] Normal [ ] Até 40 ºC [ ] 440 V [ ] 60 Hz [ ] ................ m [ ] Agressiva [ ] ............ ºC [ ] ............... V (especificar nas Obs.)

Grau de Proteção Necessário: Método de Comando: [ ] IP 00 (aberto sem proteção) [ ] Botões Liga e Desliga + Potenciômetro [ ] IP 20 (proteção contra toques) [ ] Interface Homem-Máquina do Inversor [ ] IP 54 (fechado - montado em painel [ ] Entrada Analógica (CLP ou SDCD) [ ] Ao Tempo (painel especial para chuva) Distância entre o Motor e o Inversor: [ ] ......................................... (especifica r nas Obs.) Comprimento do Cabo ⇒ ........................m

Características Desejadas no InversorMétodo de Controle: Acessórios Opcionais: [ ] Escalar (U / F) Internos ao Inversor Periféricos ao Inversor [ ] Vetorial Sensorless Cartões Expansão de Funções: [ ] Moldura para HMI Remota [ ] Vetorial com Encoder [ ] .................. [ ] .................. [ ] Cabo para HMI ...............mFunções Especiais: [ ] .................. [ ] .................. [ ] Potenciômetro 1 Volta [ ] Multi-speed (até 8 velocidades) [ ] .................. [ ] .................. [ ] Potenciômetro 10 Voltas [ ] Ciclo Automático do Processo Cartões para Redes FieldBus: [ ] Reatância de Rede [ ] Regulador PID [ ] Profibus DP [ ] Reatância de Carga [ ] ........................................................ [ ] DeviceNet [ ] Fusíveis Ultra-RápidosSoftwar e de Progração do Inversor [ ] ModBus RTU [ ] Resistor de Frenagempor Microcomputador PC: Interface Serial: [ ] ........................................... [ ] Software SUPERDRIVE [ ] RS 232 [ ] RS 485 [ ] ...........................................

Observações:

Caso seja necessário fornecer mais informações específicas, favor enviar em anexo.

MOTOR

CARGA

INSTALAÇÃO

Anexo IVFOLHA DE DADOS PARADIMENSIONAMENTO

235

ANEXO

4CHECK-LIST PARA DETALHAMENTO DA APLICAÇÃO

Folha de Dados para Dimensionamento - Soft-Starter

Dados Gerais

Empresa: Tel.:

Cidade / Estado: Fax:

Pessoa de Contato: E-mail:

Aplicaç ão / Carga:

Dados da AplicaçãoPotência Nominal: Nº de Pólos / Rotação Nominal: Tensão e Corrente de Placa: ........................ CV [ ] 2 Pólos (3600 rpm) [ ] 220 V ⇒ ............AFator de Serviço: [ ] 4 Pólos (1800 rpm) [ ] 380 V ⇒ ............A F.S. = ....................... [ ] 6 Pólos (1200 rpm) [ ] 440 V ⇒ ............A

[ ] 8 Pólos ( 900 rpm) [ ] ....... V ⇒ ............AÉ utilizado? [ ] ..... Pólos (........... rpm) [ ] Não Faixa de Rotação desejada: Número de Partida por hora: [ ] Sim De ................ a ................ rpm .................. Partida s / Hora

Tipo de Carga: Conjugado resistente da carga referido ao eixo do motor: [ ] Bomba ........................ Nm [ ] Bomba Centrífuga ........................ kgfm [ ] Compressor a Pistão [ ] Compressor a Parafuso [ ] Ventilador e Exaustor Inércia da carga referida ao eixo do motor: [ ] Misturador ........................ kgm 2

[ ] Centrífugas [ ] Outras

Rede de Alimentação Condições do Ambiente para Instalação: [ ] 220 V Altitude: Atmosfera: Temperatura: [ ] 380 V [ ] 50 Hz [ ] Até 1000m [ ] Normal [ ] Até 40 ºC [ ] 440 V [ ] 60 Hz [ ] ................ m [ ] Agressiva [ ] ............ ºC [ ] ............... V (especificar nas Obs.)

Grau de Proteção Necessário: Método de Comando: [ ] IP 00 (aberto sem proteção) [ ] Botões Liga e Desliga [ ] IP 20 (proteção contra toques) [ ] Interface Homem-Máquina [ ] IP 54 (fechado - montado em painel [ ] Entrada Analógica (CLP ou SDCD) [ ] Ao Tempo (painel especial para chuva)

[ ] ......................................... (especifica r nas Obs.)

Observações:

Caso seja necessário fornecer mais informações específicas, favor enviar em anexo.

MOTOR

CARGA

INSTALAÇÃO

237

• IEEE Recommended Practices and requirements forHarmonic Control in Electrical Power System, IEEEStandard 519, 1992

• BS EN 61800-3: 1997 Adjustable Speed ElectricalPower Drive Systems Part 3. EMC Product StandardIncluding Specif ic Test Methods

• S. Bhattacharya, T. M. Frank, D. M. Divan and B.Banerjee, “Active Filter System Implementation”, IEEEIndustry Application Magazine, September/October1996, pp. 47-63

• Fang Zheng Peng, “App lication Issues of ActivePower Filters”, IEEE Industry Application Magazine,September/October 1996, pp 21-30

• R. Bredtmann, R. Hanitsch and J. Schiele, “MegawattAsynchronous Drive With 12-Pulse Rectifier andActive Power Line Condictioner

• Ron Peters, “IEEE 519 Current Distortion Limits”,Drivesmag On-Line Magazine

• Ron Peters, “IEEE 519 Voltage Distortion Limits”,Drivesmag On-Line Magazine

• Ron Peters, “Drives, impedance and HarmonicCaracter istics”, Drivesmag On-Line Magazine

• Nicholas D. Hayes, “Understanding Your Options withPassive Harmonic Filters in a Three-Phase Systemwith Drives”, Drivesmag On-Line Magazine

• Nicholas D. Hayes, “A Crash course on Drives PowerTopologies”, Drivesmag On-Line Magazine

• Roger Critchley, “Harmonics: Existing andForthcoming Standards and the Impact For Drives”,Desing Products & Applications, Drives Supplement,February, 1992, pp 42-47

• Mahesh M. Swamy, “Harmonic Reduction UsingBroad-Band Harmonic Filters”, MTE Corporation

• Mahesh M. Swamy, “Harmonic Interaction Between1500-kVA Supply Transformer and VFD Load at anIndustrial Plant, IEEE Transaction on IndustryApplications, Vol. 34, No. 5, September-Oc tober 1998

• “Active Filter Technology for True Harmonic CurrentCancellation”, Aims Technologies Europe, Pr oductCatalogue

• “Drive Ap plied Harmonic Filters”, Trans-Coil Inc.,Product Catalogue

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

REFERÊNCIASREFERÊNCIASREFERÊNCIASREFERÊNCIASREFERÊNCIAS

238

• “RRW-01 Retificador Regenerativo”, Weg AutomaçãoLtda., Manual do Produto

• Manual de Motores de Indução alimentados porInversores de Freqüência, editado pela Weg

• Manual de Motores Elétricos, editado pela Weg

• Manual do Inversor de Freqüência CFW-05, editadopela Weg



• Critérios para Compatibilidade Eletromagnética -EMC, editado pela Weg

• Conservação de Energia Elétrica, editado pela Weg

• Application Manual - EMC, editado pela EurothemDrives

• Hitachi Converters - Technical Drives Guide Book,editado pela Hitachi, Ltd.

• Variable Speed Drive Fundamentals, de Clarence A.Phipps, editado pela Hardcover

• Apostila do curso DT2 - Inversores de Freqüência /Programa d e Divulgação Tecnológica, editado pelaWeg

• Seleção e aplicação de motores elétricos 1, deOrlando S. Lobosco, editado pela MarcomboBoixareu Editores

• Seleção e aplicação de motores elétricos 2, deOrlando S. Lobosco, editado pela MarcomboBoixareu Editores

• Motores Electricos, de Jim Cox, editado pela GGMexico

• Motores Electricos Accionamento de Maquinas, deJose Roldan Viloria

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

REFERÊNCIASREFERÊNCIASREFERÊNCIASREFERÊNCIASREFERÊNCIAS

WEG AUTOMAÇÃOAv. Prefeito Waldemar Grubba, 300089256-900 - Jaraguá do Sul - SC

Fone (47) 372-4000 - Fax (47) 372-4020www.weg.com.br

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