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CONVERSORES DE FREQUÊNCIA

♦Convertem tensão c.c. para c.a. simétrica de amplitude e frequência desejadas

♦A forma de onda dos inversores não é senoidal

Introdução a inversores

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♦Acionamento de M. I. com velocidade variável

♦Aquecimento indutivo

♦Sistema de energia ininterrupta

♦Reatores eletrônicos

Algumas aplicações dos inversores

♦Os inversores podem ser monofásicos ou trifásicos

♦As chaves semicondutoras precisam ter disparo e bloqueio controlados

Características dos inversores

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Vs

Q1

Q4

Q3

Q2

a b

vab

vs

- vs

t

i

I

- I

t

Inversor monofásico

Inversor com carga R L

Vs

Q1

Q4

Q3

Q2

a b

vab

vs

- vs

t

i

I

- I

t

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♦Variar a frequência de acordo com a saída desejada

♦Permitir o ajuste de tensão para manter fluxo constante

♦Fornecer a corrente nominal em qualquer frequência

Inversores para acionamentos

Devem satisfazer os seguintes requisitos:

♦Os conversores de frequência usuais são alimentados por um retificador não controlado

Módulo de entrada de um conversor de frequência

Rede +

−Vd

MOTOR

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Limitação da corrente de inrush

♦Os capacitores são carregados via resistor; o relé fecha após alguns segundos para operação normal

C

♦PWM ⇒ Pulse Width Modulation

♦O PWM controla a frequência e o valor eficaz da tensão de saída

Inversor a PWM senoidal

Tensão de entrada Tensão de saída

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Circuito esquemático do Conversor a PWM

♦ Circuito Unifilar

Circuito esquemático do Conversor a PWM

♦ Circuito Trifilar

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Tensão Gerada pelo Inversor

Inversor a Fonte de Tensão (VSI)

Modulação por Largura de Pulso Senoidal (SPWM)

Função de chaveamento

Com a corrente retificada o bloco inversor irá gerar uma “CA” sintéticaIsto é feito comutando a CC utilizando a modulação PWMCom isto é possível variar a frequência e a tensão entregues ao motor

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♦O número de pulsos depende da frequência de chaveamento

tempo

Vdc

-Vdc

Tensão PWM de saída

♦ Embora a tensão seja uma sequência de pulsos, a corrente é quase senoidal

Formas de Onda Reais

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♦A forma de onda da corrente no motor é quase senoidal devido à característica indutiva do motor

♦Devido às perdas adicionais é recomendado que a potência nominal do motor seja superior à potência necessária para acionar a carga

Desclassificação do motor

♦ A forma de onda da corrente na rede contém harmônicas

♦ A figura representa a forma de onda na presença de um retificador monofásico com filtro capacitivo

Corrente na rede

Vs

is is1

wtφ1

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♦ A figura representa a forma de onda na presença de um retificador trifásico com filtro capacitivo com pouca carga

Corrente na rede

♦ A figura representa a forma de onda da corrente em um conversor de frequência trifásico com carga.

Corrente na rede

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♦O fator de potência visto pela rede é diferente do fator de potência do motor

♦O fator de deslocamento é aproximadamente unitário

♦O fator de potência é baixo devido às harmônicas

Efeito na rede de alimentação

Harmônicas na rede de alimentação

Tensão dealimentação

Ordemharmônica

Impedânciade entrada

2 %

Impedânciade entrada

4 %1 100 % 100 %3 83 % 76 %5 57 % 41 %7 29 % 14 %9 11 % 6 %

11 8 % 6 %

220 VMonofásico

13 6 % 3 %1 100 % 100 %5 56 % 39 %7 31 % 15 %

11 7 % 7 %

220 VTrifásico

13 6 % 3 %

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Problemas nas aplicações de inversores

♦ Harmônicas na rede♦ Aquecimento adicional no motor♦ Picos de tensão no motor♦ Ruídos audíveis♦ Interferência eletromagnética

Frenagem em inversores

♦ Durante a frenagem, o fluxo de potência passa a fluir do motor para o inversor ♦ O sentido da corrente no elo c.c. se inverte♦ Frenagem dissipativa♦ Frenagem regenerativa

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♦ A energia cinética é dissipada em uma resistência

Frenagem dissipativa

INVERSORR

MOTORREDE V+

−

♦ A energia cinética é regenerada na forma de energia elétrica para a rede

Frenagem regenerativa

INVERSOR MOTORREDE

V+

−

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Ponte retificadora controlada em configuração antiparalela

Permite regeneração de energia

Rede de

60 Hz

Rede de

60 HzINVERSOR

DE FREQ.

♦ A decisão de se empregar a frenagem regenerativa ou a frenagem dissipativa está na relação custo adicional do equipamento versus custo da energia dissipada

♦ O ciclo de trabalho e a potência do acionamento são fatores decisivos

Tipo de frenagem

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Controle sem malha de velocidade

♦ A rotação pode ser controlada sem uma malha de realimentação de velocidade♦ Com a variação do torque na carga, o escorregamento varia, produzindo uma variação na rotação

♦ Motor:• Potência Nominal• Tensão Nominal• Corrente Nominal

♦ Rede:• Tensão Nominal• Capacidade de curto• Requisitos quanto a Harmônicas• Filtro

Dados necessários para especificar um inversor

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♦ Aplicação:

• Tipo do processo • Distância inversor - motor• Faixa de velocidade de operação• Requisitos de exatidão • Torque nominal• Torque de partida

Continuação

♦ O modo de controle de velocidade escalar se baseia na utilização das variáveis de controle: Tensão [V] e Freqüência [f];

♦ É um modo de controle simples e bastante usado.

Controle Escalar

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Controle Escalar

60fN

Vmotor

f30

460V

Curva V/f programável

Operação c/ Boost de Tensão

0

♦ No modo de controle escalar não é possível efetuar um controle de torque adequado;

♦ Não é necessário conhecer os parâmetros do motor pois o seu modelo matemático não é usado.

Controle Escalar

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♦ Utilizado, principalmente, no acionamento de bombas e ventiladores. Para estas cargas é possível reduzir as perdas no motor utilizando a opção V/f quadrática, o que resulta em economia de energia;

♦ Também é utilizado quando mais de um motor é acionado por um inversor (aplicação multimotores).

Controle Escalar

♦ No modo vetorial a operação é otimizada para o motor em uso, obtendo-se um melhor desempenho em termos de torque e regulação de velocidade;

♦ Os parâmetros do motor são necessários para o uso das equações dinâmicas.

Controle Vetorial

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Controle VetorialO controle vetorial separa as duas componentes da corrente do estator (Is): uma que fornece o fluxo no entreferro ( Im) e outra que produz o torque(Ir).

Fornece controle independente do fluxo e do torque.

Existe uma analogia com o motor c.c. em que a corrente de campo e a corrente de armadura são controladas como variáveis independentes.

MODELO DO MOTOR CC

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Modelo em Regime Permanente do Motor de Indução

Controle Vetorial

Controle vetorial normal – possui malha fechada com transdutor de posição;

Controle vetorial sensorless – possui malha aberta e, portanto, sem transdutor de posição;

Existem dois tipos de controle vetorial:

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Controle Vetorial

No controle vetorial normal o trabalho computacional é grande, mas pode ser realizado por um DSP;

O controle vetorial sensorless émais pobre do que o controle por malha fechada, mas ainda possui melhor desempenho de resposta se comparado a qualquer sistema v/f.

Comparativo entre Tecnologias

CARACTERÍSTICA Motor c.c. com

Tacômetro

Conversor de Frequência

Escalar Vetorial

Sensorless Encoder

Precisão develocidade

0,025 % 1 % 0,5 % 0,01 %

Torque em velocidade zero

SIM NÃO NÃO SIM

Controle de torque Alto Baixo Médio Alto