1

CENTRO ESTADUAL DE ENSINO PROFISSIONALIZANTE PEDRO BOARETTO NETO

DANIEL LUCAS MOMOLI

SOFT-STARTER E INVERSOR DE FREQUENCIA

CASCAVEL2010

2

CENTRO ESTADUAL DE EDUCAÇÃO PROFISSIONALIZANTE PEDRO BOARETTO NETO

DANIEL LUCAS MOMOLI

SOFT-STARTER E INVERSOR DE FREQUENCIA

Trabalho referente à disciplina de Equipamentos e Comandos do 3º período do Curso de Eletromecânica do Centro de

Ensino Profissionalizante – Pedro Boaretto Neto.

Orientador professor Ademir Realizado pelo aluno Daniel

Lucas Momoli.

CASCAVEL2010

3

Aos colaboradores do Centro Educacional CEEP que se colocam sempre a dispor para que a educação profissional seja adquirida.

4

Dedicamos este trabalho aos colegas que colaboraram com a realização deste, incentivando-nos.

5

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO........................................................................................07

2 SOFT-STARTER.....................................................................................08

2.1 Principio de Funcionamento............................................................09

3 RECURSOS DE UMA SOFT-STARTER.................................................09

3.1 Proteção do Motor...............................................................................09

3.2 Sensibilidade a Seqüência de Fase....................................................09

3.3 Plug-In.................................................................................................09

3.4 Economia de Energia..........................................................................10

4 APLICAÇÕES...........................................................................................11

4.1 Bombas...............................................................................................11

4.2 Compressores.....................................................................................11

4.3 Ventiladores........................................................................................11

5 VANTAGENS............................................................................................12

6 DESVANTAGENS.....................................................................................12

7 INVERSOR DE FREQÛENCIA...................................................................12

7.1 Principio de Funcionamento................................................................13

7.2 Seção Retificadora..............................................................................13

7.3 Seção Inversora..................................................................................13

7.4 Circuito de Controle.............................................................................13

7.5 Controle contra Surto..........................................................................14

7.6 Proteções do Inversor.........................................................................14

7.7 Base Driver.........................................................................................14

7.8 Circuito de Auto-Boost........................................................................14

7.9 Controle Local.....................................................................................14

7.10 Controle de Circuito Externo.............................................................14

7.11 Controle de Circuito .........................................................................14

8 PARÂMETRIZAÇÃO...................................................................................15

8.1 Principais Parâmetros.........................................................................15

9 APLICAÇÕES E BENEFICIOS...................................................................16

10 DESVANTAGENS.....................................................................................16

6

12 CONCLUSÃO..........................................................................................17

13 REFERÊNCIAS.......................................................................................18

7

INTRODUÇÃO

Atualmente, a necessidade de aumento de produção e diminuição de custos, se fez dentro deste cenário surgir à automação, ainda em fase inicial no Brasil, com isto uma grande infinidade de equipamentos foram desenvolvidos para as mais diversas variedades de aplicações e setores industriais, os equipamentos mais utilizados nestes processos é o Inversor de Freqüência e o Soft-starter, equipamentos versáteis e dinâmicos, vamos expor agora o princípio básico do inversor de freqüência e do Soft-starter seguindo seus segmentos, vantagens e desvantagens.

8

2. SOFT-STARTER

2.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO

Os soft-starters são equipamentos eletrônicos destinados ao controle da partida de motores elétricos de corrente alternada.

Quando é dada a partida em um motor por meio da conexão direta da fonte de alimentação com valores nominais, inicialmente é drenada a corrente de rotor bloqueado (IRB) e é produzido um torque de rotor bloqueado (TRB).

Assim que o motor acelera, a corrente cai e o torque aumenta, antes de cair para seus valores nominais, na velocidade nominal.

O soft-starter é capaz de controlar a potência do motor no instante da partida, bem como sua frenagem. Ao contrário dos sistemas elétricos convencionais utilizados para essa função (partida com autotransformador, chave estrela-triângulo, entre outras).

Seu princípio de funcionamento baseia-se em componentes estáticos, os tiristores. O esquema genérico de um soft-starter está ilustrado na Figura 1.

FIGURA 1: Esquema de uma soft-starter implementado com seis tiristores para acionar um motor de indução trifásica.

9

3 RECURSOS DE UMA SOFT-STARTER

Quanto aos recursos que um soft-starter deve ter são a proteção do motor, sensibilidade à seqüência de fase, plug-in, circuitos de economia de energia.

3.1 Proteção do motor

O dispositivo pode ser configurado para dar proteção tanto para sobrecorrente quanto para subcorrente. Quando possível, deve-se utilizar para partidas de motores, chaves soft-starter que possibilitem o ajuste do torque do motor às necessidades do torque da carga, de modo que a corrente absorvida será a mínima necessária para acelerar a carga.

3.2 Sensibilidade a seqüência de fase

Os soft-starters podem ser configurados para operarem somente se a seqüência de fase estiver correta. Esse recurso assegura a proteção, principalmente mecânica, para cargas que não podem girar em sentido contrário (bombas, por exemplo). Quando há a necessidade de reversão, podemos fazê-los com contatores externos ao soft-starter.

3.3 Plug-in

O plug-in é um conjunto de facilidades que podem ser disponibilizadas no soft-starter por meio de um módulo extra, ou de parâmetros, como relé eletrônico, frenagem CC ou CA, dupla rampa de aceleração para motores de duas velocidades e re-alimentação de velocidade para aceleração independente das flutuações de carga.

3.4 Economia de energia A maioria dos soft-starters modernos têm um circuito de economia de energia. Essa facilidade reduz a tensão aplicada para motores a vazio, diminuindo as perdas no entreferro, que são a maior parcela de perda nos motores com baixas cargas. Uma economia significante pode ser experimentada para motores que operam com cargas de até 50% da potência do motor. Entretanto, essa função gera corrente harmônica indesejável na rede, devido abertura do ângulo de condução para diminuição da tensão, conforme apresentado na Figura 2.

10

FIGURA 2: Economia de energia usando uma Soft-starter.

4 APLICAÇÕES

Os soft-starters podem ser utilizados nas mais diversas aplicações, porém, três delas são clássicas: bombas; compressores; e ventiladores. Cabe lembrar, entretanto, que o soft-starter não melhora o fator de potência e também gera harmônicos, como qualquer outro dispositivo de acionamento estático.

A seguir, uma pequena descrição de cada uma dessas aplicações.

4.1 BOMBAS

Nessa aplicação, a rampa de tensão iguala as curvas do motor e da carga. A rampa de saída do soft-starter adéqua a curva de torque do motor sobre a da bomba. Nesse caso, a corrente de partida é reduzida para aproximadamente 2,5 vezes a corrente nominal.

4.2 COMPRESSORES

O soft-starter reduz a manutenção e permite que compressores “críticos” sejam desligados quando não forem necessários. Por outro lado, evita que eles sejam desligados no funcionamento normal devido a fontes de alimentação muito fracas.

4.3 VENTILADORES

Os ventiladores, assim como as bombas, exigem um torque proporcional à velocidade, porém, também têm grande inércia. Geralmente, o limite de corrente é utilizado para estender o tempo de rampa, enquanto a inércia é vencida.

11

5 BENEFICIOS DO USO DE UM SOFT-STARTER

- Partida e parada suave.

 - Redução da corrente de partida em até 60%.

 - Proteção do motor contra sobrecarga e falta de fase sem acessórios adicionais.

 - Aumento da vida útil de redutores, correias e acoplamentos.

 - Redução da  manutenção por não possuir peças móveis.

- Permite a leitura de grandezas como: tensão, corrente, potência ativa (kW), potência aparente (kVA) e fator de potência.

6 DESVANTAGEM DO USO DE UM SOFT-STARTER

- Dissipação de potência.

- Sensibilade a surtos de tensão.

- Possibilidade de geração de interferência eletromagnética.

- Produção de distúrbios harmônicos, principalmente no momento da partida.

- Necessita proteção especial no alimentador.

- Pouca resistência a curtos-circuitos na carga acionada.

7 INVERSOR DE FREQUENCIA

7.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO

Um inversor de freqüência é um dispositivo capaz de gerar uma tensão e

freqüência trifásicas ajustáveis, com a finalidade de controlar a velocidade de um motor de indução trifásico. A figura abaixo mostra resumidamente o diagrama em blocos de um inversor de freqüência escalar:

12

FIGURA 3: Diagrama em blocos de um inversor.

7.2 Seção Retificadora (Converter Section)

Os seis diodos retificadores situados no circuito de entrada do inversor, retificam a tensão trifásica da rede de entrada (L1, L2 e L3). A tensão DC resultante é filtrada pelo capacitor C e utilizada como entrada paraa Seção Inversora.

7.3 Seção Inversora (Inverter)

Na seção inversora, a tensão retificada DC é novamente convertida em Trifásica AC. Os transistores chaveiam várias vezes por ciclo, gerando um trem de pulsos com largura variável senoidalmente (PWM). Esta saída de tensão pulsada, sendo aplicada em um motor (carga indutiva), irá gerar uma forma deonda de corrente bem próxima da senoidal através do enrolamento do motor.

7.4 Circuito de Controle (Control Circuit)

São enviados para as bases dos transistores de chaveamento através do circuito de Base Driver. Estes sinais pulsantes, provocarão o chaveamento dos transistores de potência da Seção Inversora. Nos inversores mais modernos, a configuração é a mesma, a única diferença é que são utilizados IGBT’s ao invés de transistores bipolares.

13

7.5 Proteção contra Surto (Surge Protection)

Essa proteção tem a função de absorver surtos (picos) de tensão transitórios que podem chegar até o inversor pela rede de alimentação e são instalados nas três fases de entrada. 7.6 Proteções do Inversor (Inverter Protection)

Este circuito monitora as condições da tensão e da corrente presentes no Circuito Intermediário, ou seja, o que sai do Retificador e vai para o Inversor. Se os valores de corrente ou tensão ultrapassam níveis pré-determinados, este circuito envia um sinal para o Circuito de Controle (Control Circuit), que atua de forma a proteger o circuito do inversor,normalmente desarmando-o e sinalizando a condição. 7.7 Base Driver

Esta seção amplifica e isola os sinais que são gerados peloCircuito de Controle (Control Circuit) e fazem os transístores operarem de acordo com o esquema de chaveamento apropriado. 7.8 Circuito de Auto Boost (Auto Boost Circuit)

Este circuito detecta as condições de carga do motor. Através da determinação das condições da carga, o circuito determina o nível de tensão ideal para que o motor consiga entregar à carga o torque exigido pela carga.

7.9 Controle Local/Painel de Programação (Local Control/Programing Panel)

Este painel fornece um meio prático e rápido para se programar a operação do inversor.Nele também podem ser visualizadas as condições de operação do inversor, como tensão, corrente, velocidade, freqüência, além de sinalizar códigos de falha como sobtensão, sobrecarga, motor travado, sobre temperatura no dissipador, etc. 7.10 Circuito de Controles Externos (External I/O)

Este circuito provê ao circuito de controle uma forma de comunicar-se com o restante da máquina, tanto recebendo como fornecendo sinais, como velocidade desejada, sentido de rotação, aceleração, desacelaração, partida, parada, frenagem, etc. 7.11 Circuito de Controle (Control Circuit)

O circuito de controle é na realidade o cérebro do inversor, pois ele é o responsável por receber todas as informações relativas ao funcionamento interno do inversor, além de coletar as informações externas, e gerar todos os sinais necessários para gerar os pulsos de disparo da etapa de potência.

Resumidamente ela opera da seguinte forma:

14

- Ele recebe a referência de velocidade e comandos de operação da interface de Controle Local ou através de sinais externos (External I/O). Estes comandos são utilizados para determinar a frequência e a tensão de saída, além do sentido de rotação do motor.

- O circuito gera os comandos (pulsos) que são injetados no circuito de Base Driver, que isola-os e amplifica-os, injetando os na etapa de potência. - Após a análise dos sinais recebidos dos demais circuitos, o mesmo gera sinais de saída para a interface de Controle Local e para os circuitos de controle externo (External I/O), para indicar normalmente, as condições de funcionamento do inversor, além das condições de falha; - Em caso de receber algum sinal de funcionamento anormal do circuito de Proteção do Inversor (Inverter Protection), ele imediatamente, corta os pulsos de disparo, desarmando o inversor e sinalizando a situação através da interface de Controle Local e dos circuitos de Controle Externo (External I/O).

8 PARÂMETRIZAÇÃO

Para que o inversor funcione a contento, não basta instalá-lo corretamente. É preciso "informar" a ele em que condições de trabalho irá operar. Essa tarefa é justamente a parametrização do inversor. Quanto maior o número de recursos que o inversor oferece, tanto maior será o número de parâmetros disponíveis.

Existem inversores com tal nível de sofisticação, que o número de parâmetros ultrapassa a marca dos 900.

8.1 PRINCIPAIS PARÂMETROS DE UM INVERSOR

Parâmetro P009: Liberação de alteração de parâmetros-Ajuste = 0: somente os parâmetros P001 a P009 podem ser alterados.- Ajuste = 1: os parâmetros P001 a P009 podem ser alterados e todos os

demais podem ser somente lidos.- Ajuste = 2: todos os parâmetros podem ser alterados porém P009

retorna automaticamente a 0 na próxima vez que o inversor for desenergizado.- Ajuste = 3: todos os parâmetros podem ser alterados indefinidamente.Esse parâmetro é uma proteção contra "curiosos". Para impedir que

alguém, inadvertidamente, altere algum parâmetro da máquina, utiliza-se um ajuste específico como proteção.

Parâmetro P084: Tensão nominal do motor.Esse parâmetro existe na maioria dos inversores comerciais, 1embrando

que não necessariamente como P084, e serve para informarmos ao inversor qual é a tensão nominal em que o motor irá operar.

15

Parâmetro P083: Corrente nominal do motor.Esse parâmetro determina o valor de corrente que será utilizado nos

cálculos que serão feitos pelo inversor, como por exemplo para protegê-lo de sobrecargas.

Parâmetro P003: Freqüência mínima de saída.Esse parâmetro determina a velocidade mínima do motor. Pode variar

de 0,0Hz a 650Hz, porém deve ser sempre menor que a freqüência máxima.

Parâmetro P013: Freqüência máxima de saída .Esse parâmetro determina a velocidade máxima do motor. Pode variar

de 0,0Hz a 650Hz, porém deve ser sempre maior que a freqüência mínima.Parâmetro P031: Freqüência de JOG.

JOG (impulso) é um recurso que faz o motor girar com velocidade bem baixa. Isso facilita o posicionamento de peças antes da máquina funcionar em seu regime normal.

Parâmetro P002: Tempo de partida (rampa de aceleração).Esse parâmetro indica em quanto tempo deseja-se que o motor chegue

a velocidade programada, estando ele parado. Pode variar de 0 a 650 segundos.

Parâmetro P006: Tipo de referência de entrada.- Ajuste = 0 a entrada significativa é digital.- Ajuste = 1 a entrada significativa é analógica.- Ajuste = 2 a velocidade é fixada dependendo da programação das

entradas binárias (P051a P055).Esse parâmetro diz ao inversor como vamos controlar a velocidade do

motor. Caso esteja em 1 , a velocidade dele será proporcional a tensão analógica de entrada. A entrada digital será ignorada. Caso o parâmetro esteja em 0, a velocidade será controlada por um sinal digital (na entrada digital), e o sinal analógico não mais influenciará.

9 APLICAÇÕES E BENEFICIOS

Os inversores de freqüência são muito utilizados na indústria junto a motores elétricos. Eles protegem a rede elétrica de problemas como sobrecarga de energia, queda de tensão, etc, evitando prejuizos com equipamentos em geral.

Um dos grandes benefícios da utilização dos Inversores de Frequência é a economia de energia, principalmente no setor industrial, responsável pelo consumo de setor cerca de 50% do total de energia elétrica no país.

Melhorias nos motores elétricos e no seu gerenciamento podem significar redução de consumo de até 42%.

A substituição de variadores mecânicos e eletromagnéticos, comunicação avançada e aquisição de dados, evita choques mecânicos (trancos) na partida e instalação mais simples.

16

10 DESVANTAGENS

A principal desvantagem de um inversor de freqüência é o alto custo de aquisição do mesmo. Outra desvantagem é que produz campos harmônicos no sistema afetando a qualidade de energia e também pode causar interferências eletromagnéticas indesejáveis em outros equipamentos.

17

CONCLUSÃO

Com a pesquisa realizada tivemos a oportunidade de aprimorar nossos conhecimentos em relação a Inversores de freqüência e Soft-Starter, conhecendo seus princípios de funcionamentos, aplicações, segmentos, e principalmente a importância do uso de cada uma.

Também tivemos oportunidade de aprender os principais parâmetros de um inversor de freqüência, parâmetros que são indispensáveis para o bom funcionamento do inversor.

18

REFERENCIAS

-Apostila de inversor de freqüência SENAI.

-Manual WEG de Inversor de Freqüência CFW-08

- Manual WEG de Soft-Srtart SSW-05 Plus.

- Sites como www.weg.com e www.reymaster.com

- Apostilas de inversor de freqüência e de soft-start baixados da internet.