08 fundamentos de automação_inversores de frequência

8/13/2019 08 Fundamentos de automação_Inversores de frequência

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FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Inversores de frequência



Princípios de funcionamento



Antes de iniciar o estudo sobre o princípio defuncionamento dos inversores de frequência, énecessário apresentar alguns conceitosfundamentais para sua abordagem.

Fundamentos de automação: inversores

de frequência



Força (F)

Movimento é o resultado da aplicação de umaou mais forças a um determinado objeto. Omovimento ocorre na direção em que aresultante das forças é aplicada.

Força é uma combinação de intensidade e

direção. Uma força pode ser aplicada no sentidodireto ou reverso. A unidade do SI de força éNewton (N).


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Velocidade (n)

Velocidade é a medida da distância que um

objeto pode atingir em um determinadaunidade de tempo. Geralmente, a unidade é ometro por segundo (m/s). Para movimento na

direção direta, a velocidade é consideradapositiva, sendo considerada negativa paradireção reversa.


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Velocidade angular (ω)

Embora a força seja direcional e resulta em ummovimento linear, muitas aplicações industriaissão baseadas em movimentos rotatórios.A força de rotação associada com equipamentosrotativos é conhecida com torque.

Velocidade angular é o resultado da aplicaçãodo torque e da rotação angular. É geralmentemedida como revoluções por minuto (rpm).


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Torque (T)

Torque é o produto da força tangencial F,

circunferência de um roda, e o raio do centrodessa roda. A unidade de torque maiscomumente utilizada é o newton.metro (N.m.).

O torque pode ser positivo ou negativo,dependendo da direção de rotação.


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Aceleração linear (al)

É a taxa de variação da velocidade linear,

geralmente apresentada em metros porsegundo ao quadrado (m/seg²).

É chamado de aceleração linear o aumento de

velocidade em qualquer direção, sendo adesaceleração ou frenagem a redução davelocidade em qualquer direção.


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Potência é a taxa na qual o trabalho é realizado

por um máquina. A unidade de potência maisutilizada é o watt (W).

Em máquinas rotativas a potência por ser

calculada como o produto do torque e davelocidade.


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Momento de inércia (J)

É a propriedade que uma máquina rotativa

possui de resistir a uma mudança da velocidadede rotação seja por aceleração oudesaceleração.

A unidade para o momento de inércia é o SI,Kgm².


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Relações de torque em um inversor de

frequência

Os motores de indução podem ser modeladoscomo um transformador em que o primário é

estator e o secundário é o rotor.


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Pelo equacionamento da máquina assíncrona, oconjugado desenvolvido pelo motor assíncronoé dado pela seguinte equação:

T = ϕm . I2

E a tensão aplicada na bobina de um estator édada por:

U1 = 4,44 . F1 . N1 . ϕm


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Sendo:

T – Torque do motor (N.m)

Φm

– Fluxo de magnetização (Wb)

I2 – Corrente do rotor (A)

U1 – Tensão no estator (V)

F1 – Frequência da rede (Hz)N1 – Número de espiras


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O fluxo alternado ϕ1, resultante da tensão no

estator U1, induz uma fem no rotor (U2), a qualproduz um fluxo ϕ2 proporcional à tensão U2 einversamente proporcional à frequência.Portanto, temos:

Φ2 = U2/f


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Para possibilitar a operação do motor com

torque constante para diferentes velocidadesdeve-se fazer variar a tensão U1 proporcionalmente com a variação dafrequência f

1, mantendo, desta forma, o fluxo

constante.


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Blocos componentes do inversor de frequência


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Unidade Central de Processamento (CPU)

A CPU de um inversor de frequência pode ser

formada por um microprocessador ou por ummicrocontrolador.

É nesse bloco que todas as informações

(parâmetros e dados do sistema) estãoarmazenadas, visto que também uma memóriaestá integrada a esse conjunto.


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Interface Homem Máquina (IHM)


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O segundo bloco é a IHM. Com esse dispositivopode-se visualizar o que está ocorrendo noinversor (display) e parametrizá-lo de acordocom a aplicação (teclas).


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Interfaces


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Etapa de potência


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Princípio básico de funcionamento da etapa de

potência


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Retificador: tem a função de transformar CA emCC.


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Inversor: é um tipo especial de conversor queconverte CC em CA.


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Link CC: circuito intermediário que torna aforma de onda contínua.


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Com a união desses três módulos tem-se um conversorde frequência que pode ser aplicado em um motor deindução trifásico.




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Controle de chaveamento

Para entender como funciona o controle dechaveamento de um inversor de frequência,observe a imagem a seguir, que apresenta umdiagrama esquemático do circuito de uminversor de frequência:


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A tensão contínua é conectada aos terminais desaída pelos tiristores T1 a T6 que funcionam nocorte ou na saturação com uma chave estática.


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O controle desses circuitos é feito pelo circuitode comando, de maneira a obter um sistema detensão alternada em que as frequências estãodefasadas em 120°.


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Para entender o funcionamento da etapa

inversora que transforma uma corrente CC emCA, vamos analisar um circuito monofásico.

A figura a seguir ilustra um circuito inversormonofásico alimentando um motor CAmonofásico.


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Os transistores T1 e T4 estão ligados, e T3 e T2 desligados. Neste instante a corrente circula nosentido de A para B.


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No instante seguinte os transistores T1 e T4 serãodesligados e T3 e T2 serão ligados. A correntecircula no sentido de B para A:


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De acordo com essa sequência ocorre a inversãono sentido da corrente, ou seja, a correntecontínua transforma-se em alternada, sendo atensão aplicada no motor alternada.


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De acordo com a frequência de chaveamentodesses transistores, a velocidade de rotação domotor aumenta ou diminui na proporção davariação da frequência de chaveamento.


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Como a maioria dosinversores utilizados naindústria são trifásico a

figura ao lado exibe alógica de controle para ospulsos de disparo de seisIGBTs, de maneira a gerar

uma tensão de saídaalternada e defasada em120° uma da outra.




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No 1º tempo teremos ostransistores T1, T2 e T3 ligados, e os restantesdesligados.

Como o motor é trifásico,é necessário que astensões de linha Vrs, Vst eVtr estejam defasadas de

120°. Para o primeirotempo de chaveamentotem-se:

Vrs = +V/2 – V/2 = 0Vst = +V/2 –(- V/2) = + V

Vtr = - V/2 - V/2 = -V




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Modulação por largura de pulso (PWM)


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O sinal triangular é a frequência de

chaveamento do inversor. O gerador de ondasenoidal produz um sinal que determina alargura dos pulsos e, portanto, a tensão rms de

saída do inversor.


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Quanto mais senoidal for a corrente de saídaPWM, maior será a redução de pulsações de

torque e perdas.


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