controle de velocidade ca

7/27/2019 Controle de Velocidade CA

1/31

CONTROLE DE VELOCIDADE

MOTORES CA

Tubaro - 2004


2/31

CONTROLE DE VELOCIDADE MOTORES CA

CENTRO DE EDUCAO E TECNOLOGIA DO SENAI DE TUBARO 1

1 - PARTIDA ELETRNICA (SOFT - STARTER).................................................................................................3

1.1-CARACTERSTICAS E BENEFCIOS DAS SOFT-STARTERS ................................................................................4

1.2-APLICAES .......................................................................................................................................................7

1.3ALGUNS CUIDADOS COM SOFT-STARTERS....................................................................................................8

1.4-INFORMAES NECESSRIAS PARA ESPECIFICAO ...........................................................................................8

1.5-QUESTES TPICAS .............................................................................................................................................9

1.6-CONCLUSO .....................................................................................................................................................10

2 SISTEMAS DE VARIAO DE VELOCIDADE............................................................................................10

2.1-VARIAO DA FREQNCIA DA TENSO DE ALIMENTAO..............................................................................10

3 CONVERSORES ESTTICOS DE FREQNCIA........................................................................................11

3.1INTRODUO ...................................................................................................................................................11

3.2TIPOS DE CONVERSORES DE FREQNCIA ........................................................................................................12

3.3TENSO NO CIRCUITO INTERMEDIRIO CONSTANTE.........................................................................................123.4CONVERSORES DE FREQNCIA COM MODULAO POR LARGURA DE PULSOS (PULSEWIDTH

MODULATION-PWM) ........................................................................................................................................12

3.5CONTROLE ESCALAR........................................................................................................................................15

3.6CONTROLE VETORIAL ......................................................................................................................................16

3.6.1 Observaes e consideraes importantes .............................................................................................193.6.2 Operao abaixo da rotao nominal ....................................................................................................20

3.7-MOTORES AUTOVENTILADOS............................................................................................................................21

3.8OPERAO ACIMA DA ROTAO NOMINAL ......................................................................................................22

3.9SISTEMAS DE ACIONAMENTO DE MULTICONVERSORES ....................................................................................223.10SISTEMAS DE ACIONAMENTO MONOCONVERSOR............................................................................................23

3.11UTILIZAO DE FILTRO DE RDIO FREQNCIA.............................................................................................24

4 APLICAES......................................................................................................................................................24

4.1BOMBAS...........................................................................................................................................................24

4.1.1 Bombas dinmicas ou turbobombas .......................................................................................................244.1.2 Bomba de deslocamento positico ou volumtricas..................................................................................24

4.2-VENTILADORES ................................................................................................................................................24

4.3SISTEMAS DE REFRIGERAO -ARCONDICIONADO ..................................................................................25

4.4EXTRUSORAS ...................................................................................................................................................25

4.5MISTURADORES...............................................................................................................................................25

4.6SISTEMAS DE ELEVAO ..................................................................................................................................25

4.7BOBINADORES/DESBOBINADORES....................................................................................................................25

4.8FRESADORES....................................................................................................................................................25

4.9 -SISTEMAS DE DOSAGEM ...........................................................................................................................26

4.10CENTRFUGAS ................................................................................................................................................26

4.11MOINHOS A TAMBOR .....................................................................................................................................26


3/31



5 FUNES DOS CONVERSORES ....................................................................................................................26

5.1MULTI-SPEED...................................................................................................................................................26

5.2CICLO AUTOMTICO ........................................................................................................................................26

5.3-CURVA U/F AJUSTVEL....................................................................................................................................27

5.4REJEIO DE FREQNCIAS CRTICAS (SKIPFREQUENCY) .........................................................................28

5.5-FRENAGEM CC .................................................................................................................................................28

5.6FRENAGEM REOSTTICA ..................................................................................................................................29

06 ASPECTOS GERAIS.........................................................................................................................................29

6.1-CARACTERSTICAS DOS MOTORES COM INVERSOR...........................................................................................29

7 - CONCLUSO .......................................................................................................................................................33


4/31



1 - Partida eletrnica (SOFT - STARTER)

A chave de partida a estado slido consiste de um conjunto de pares de tiristores (SCR) ou combinaesde tiristores/diodos, para cada fase do motor. O ngulo de disparo de cada par de tiristores controlado

eletronicamente para aplicar uma tenso varivel no motor durante a acelerao. Este comportamento ,muitas vezes, chamado de partida suave (soft-starter).

No final do perodo de partida, ajustveis conforme a aplicao, a tenso atinge seu valor pleno aps umaacelerao suave ou uma rampa ascendente, ao invs de ser submetido a transio brusca, como ocorrecom os mtodos de partida por autotransformador, ligao estrela - tringulo, etc. Com isso, consegue-semanter a corrente de partida prxima da nominal e com suave variao, como desejado.

Alm da vantagem do controle da tenso (corrente) durante a partida, a chave eletrnica apresenta,tambm, a vantagem de no possuir partes mveis ou que gerem arco eltrico, como nas chaves eletro-mecnicas.

Fig1 - Curva caracterstica de conjugado e corrente para motor com partida suave (soft- starter).

Este um dos pontos fortes das chaves eletrnicas, pois sua vida til mais longa, assim como doscomponentes acessrios (contatores, fusveis, cabos, etc.).Ainda como um recurso adicional, a soft-starterapresenta a possibilidade de efetuar a desacelerao suave para cargas de baixa inrcia.

Corrente de partida direta Corrente de partida com SOFT-STARTER Conjugado com partida direta Conjugado com SOFT-STARTER

Conjugado da Carga

2.00

1.80

1.60

1.40

1.20

1.00

0.80

0.600.40

0.20

0.00

5.0

4.0

3.0

2.0

1.0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100ROTAO(%)


5/31



1.1 - Caractersticas e Benefcios das SOFT-STARTERS

Abaixo, esto listadas as caractersticas comumente disponveis em Soft-Starters modernas com osbenefcios que estas podem fornecer.

a) Perfil da Tenso de Partida

Conforme ilustrado na figura 2, o usurio pode ajustar a tenso inicial (Vp) para igualar a tenso quecomea a mover a carga. A tenso ento, aumenta de (Vp) at a tenso da linha durante um tempoajustvel (tr). Isto assegura uma partida suave, livre de choques. Para ajudar a vencer cargas de altasinrcias, a caracterstica KICK START (pulso de tenso na partida) est disponvel. Um pulso detenso a um nvel ajustvel (Vk) aplicado por um perodo tambm ajustvel (tk). A tenso ento,elevada na maneira usual.

Figura 2 -Perfil da tenso de partida.

b) Perfil da Tenso na Desacelerao

A tenso reduzida "instantaneamente" a um nvel ajustvel (Vt) que est normalmente ajustado ao nvelonde o motor inicia a diminuio da rotao. A tenso declina segundo uma rampa ajustvel (Vr2) at atenso final (Vz) quando o motor ter parado de girar. Neste ponto, a tenso desligada. Este PerfilTriplo de Rampa " reduz choques hidrulicos em sistemas de bombeamento porque ele situa o conjunto doperodo de declive onde ele tem seu maior efeito na desacelerao do motor. Este sistema visto na figurafigura 3.

Figura 3 - Perfil de rampa de desacelerao.


6/31



c)Controle da Limitao de Corrente

A corrente conservada num valor ajustvel (IcI) por um determinado tempo (tcl). Isto permite quecargas de alta inrcia sejam aceleradas com a menor corrente possvel. Isto tambm coloca um limite nacorrente mxima, para partidas de motores em fontes limitadas. Muitas cargas de torque constante

tambm se beneficiam deste modo de partida.

Devemos notar, contudo, que a capacidade para limitar a corrente de partida a um certo valor no deve serconfundida com a capacidade de acelerar a carga velocidade total aquela corrente.

Figura 4. Perfil da limitao de corrente

d) Sinalizaes

Sinalizaes por leds, display e rels esto disponveis para dar informaes detalhadas sobre o status(condio) da Soft-Starter e da carga. Isto pode ser levado a um Display Remoto de LED's montado empainel frontal.

e) Proteo do motor

A figura 5 mostra o perfil tpico da corrente em uma Soft-Starter. Alm de estabelecer interrupes ebloqueios em caso de falta de fase ou falha do tiristor, algumas unidades so equipadas com relseletrnicos de sobrecarga. Durante o tempo de partida (Ts) e o tempo de operao (Tr) um rel eletrnicode sobrecarga no motor entra em operao. Durante Rt, o bloqueador de corrente mxima/mnima ativado.

A unidade pode ser configurada para dar proteo de sobrecorrente ou subcorrente a nveis ajustveis Ioce de Iuc.

Muitos modelos tambm incorporam um rel para termistor do motor.


7/31



Figura 5 - Tpico perfil de sobrecarga de corrente.

f) Sensibilidade a Seqncia de Fase

Alguns modelos somente operaro se a seqncia de fase estiver correta. Esta caracterstica pode serusada para assegurar que as cargas sensveis inverso de fase no girem ao contrrio depois de umamudana na seqncia de fase da fonte. As bombas, em particular, podem se beneficiar destacaracterstica. Uma desvantagem dos modelos que so sensveis a seqncia de fase que qualqueroperao de reverso deve ser feita na sada da soft-starter.

g) Fusvel Ultra Rpido

Muitos fabricantes recomendam o uso de fusveis ultra rpidos para proteger os tiristores (SCRs). Noargumentaremos sobre as vantagens de se adaptar estes fusveis aqui. mas diremos que onde estes soespecificados bem melhor ter a possibilidade de t-los integrados a Soft-Starter. Isto economiza tempona instalao e espao no painel.

h) Facilidade de Montagem

As chaves de partida esttica modernas oferecem inmeras caractersticas, mas isto no as fazem,necessariamente, difceis de serem montadas. Enquanto um grande nmero de trimpots so necessriosnas unidades analgicas, o que faz suas montagens problemticas, a maioria dos modelos digitais usamchaves ou teclado de operao com montagens simples, precisas e repetveis.

i) Modelos Semi Controlados

Muitas Soft-Starters pequenas, at 45A, usam 03 SCRs e 03 diodos como elementos de controle. Istoreduz o custo da placa de controle, mas no aumenta as harmnicas no sistema. provvel que o usocrescente do microprocessador para controle do disparo de 06 SCRs produzir economia de escala,fazendo com que as unidades semi-controladas sejam cada vez menos comuns.

j) Economia de Energia

Muitas Soft-Starters tem um circuito de otimizao de energia embutido. Isto reduz a tenso aplicada paramotores vazio, reduzindo as perdas no ferro, que so a maior perda nos motores com baixas cargas.Economias significantes podem ser experimentadas em motores que regularmente funcionam a cargasmenores que suas nominais. As melhores aplicaes so em transportadores de aeroportos e serrarias.

Como norma prtica, a otimizao de energia torna-se interessante quando a carga for menor que 50%pormais de 50% do tempo. Mesmo que a otimizao de energia no seja benfica, s a confiana adquirida


8/31



em uma partida menos problemtica, significando que a mquina pode ser desligada quando nonecessria, a melhor maneira de se economizar energia.

1.2 - Aplicaes

Muitas aplicaes se beneficiam de Soft-Starter. As trs mais comuns so descritas abaixo. Em cadacaso, o perfilamento de tenso usado para igualar o torque do motor s necessidades da carga.

a) Bombas

Esta a aplicao mais comum para as Soft-Starters. Uma simples rampa de tenso iguala as curvas domotor e da carga. A figura 6 mostra o torque de sada do motor diferentes tenses e como uma simplesrampa de tenso de sada da Soft-Starter coloca a curva de torque do motor precisamente sobre a curva detorque de carga da bomba. A corrente de partida reduzida para aproximadamente 2,5 vezes a correntenominal. A rampa de desacelerao reduz drasticamente o choque hidrulico. Por estas razes muitasempresas de saneamento especificam Soft-Starters para uso em bombas acima de 11 kW. Bombas sujascom lama podem se beneficiar da caracterstica KICK START" para ajudar a superar o aumento deinrcia de partida devido a presena de slidos na bomba.

Fig. 6 - . Torque do motor tenses reduzidas

b) Compressores

A crescente necessidade de ar-condicionados e refrigerao industrial significa que, frequentemente, oscompressores esto sendo instalados em fontes de alimentao muito fracas. A Soft-Starter reduzdrasticamente o perigo de desligamentos e distrbios nas fontes de alimentao. Isto particularmenteimportante onde existem sistemas de computao, isto , em escritrios ou em fbricas de processocontnuo.


9/31



A Soft-Starter tambm reduz a manuteno e permite que compressores crticos" sejam desligadosquando no forem necessrios. Alguns compressores tem em suas caractersticas de carga umacomponente de alta inrcia de partida. O"KICK START" pode ser novamente usado para superar estascomponentes.

c) Ventiladores

Os ventiladores, assim como as bombas, tem uma necessidade de torque que aumenta com a velocidade,mas tem tambm uma considervel inrcia. Normalmente, o limite de corrente usado para estender otempo de rampa enquanto a inrcia do sistema superada.

1.3 Alguns cuidados com SOFT-STARTERS

Obviamente, as Soft-Starters no so aplicveis em todas ocasies. Abaixo. relacionamos uma lista depontos a serem observados:

a) RefrigeraoMontar sempre as unidades verticalmente com a ventilao para cima. Considere uma perda de calor de3,6 W/A da corrente circulante. Consulte os manuais para maiores informaes.

b) Economia de Energia

No pode ser usado em motores de anis ou em aplicaes onde ocorram rpidas mudanas de carga.

c) Motores de Anis

Requer um nico resistor de partida no circuito rotrco para operar com partida suave.

d) Correo de Fator de Potncia

Nunca coloque capacitares na sada das Soft-Starters. Nunca ligue capacitores durante a rampa deacelerao.

e) Motores com Freio

Alimente o freio separadamente, energize com o rel de partida da Soft-Starter.

Elevadores e guindastes. Nunca use Soft-Starter nestas aplicaes.

Aplicaes que requerem torque total velocidade zeroNo so adequados para partidas com tenso reduzida, como por exemplo, trituradores primrios.

1.4 - Informaes necessrias para especificao

Para se especificaruma Soft-Starter importante obter-se os seguintes dados:


10/31



a) Sobre a Aplicao

Tome cuidado com amoladores, trituradores, elevadores, guindastes, centrfugas e/ou outras aplicaescom um alto nmero de partidas por hora.

b) Sobre os motores

Qual a corrente do motor ou sua potncia? Qual a tenso da rede? O motor assncrono e de velocidade nica?

c) Montagem

Qual o grau de proteo IP do painel? Qual o tipo de refrigerao disponvel?

Qual a tenso do painel de controle?

1.5 - Questes Tpicas

A seguir, apresentamos uma lista das questes mais comuns sobre as SOFT-STARTERS e suasaplicaes:

1) Quais so as correntes tpicas de partida?

Bombas...................................de 2,5 3 vezes a corrente nominalCompressores.........................de 3 3,5 vezes a corrente nominal

Amoladores, etc. de 3,5 4 vezes a corrente nominal

Se o valor da corrente de partida for crtico, este valor pode ser calculado paracerca de 10%acima dos seguintes dados:

Motor: torque / rotao, corrente / curvas da rotao, inrcia inicial. Carga: torque / curva da rotao, inrcia inicial.

2) Qual o equipamento necessrio em linha com Soft-Starter?

Fusveis, contatores e rels de sobrecarga (se no includo na Soft-Starter) dimensionados para uma

partida direta.3) Que efeito a Soft-Starter tem sobre o fator de potncia?

Nenhum, exceto no modo de economia de energia onde o fatorde potncia dosistema melhora.

4) As Soft-Starter produzem Harmnicas?


11/31


12/31



Onde:

n = Rotao [rpm];f= Freqncia da rede [Hz];p = Nmero de pares de plos;s = Escorregamento

Sugere a possibilidade de se obter varias velocidades para um mesmo motor variando-se a freqncia.Com a variao da freqncia obtm-se uma variao contnua da velocidade, ou seja, uma forma de se

conseguir variar a velocidade dos motores de induo A atravs da alimentao por uma fonte defreqncia varivel (Conversores estticos de freqncia).

3 Conversores estticos de freqncia

3.1 Introduo

O mais eficiente mtodo controle de velocidade de motores de induo trifsicos, com menores perdas nodispositivo responsvel pela variao da velocidade, consiste na variao da freqncia (f1) da fonte

alimentadora atravs de conversores de freqncia, onde o motor pode ser controlado de modo a proverum ajuste continuo de velocidade e conjugado com relao carga mecnica.

Conforme visto no captulo II, atravs do equacionamento da mquina assncrona, sabemos que, para oconjugado desenvolvido pelo motor assncrono vale e seguinte relao:

E que o fluxo depende da relao U1/f1, desprezando-se a queda de tenso na resistncia R1 e na reatnciade disperso Xd1 do estator, pode-se dizer que :

n = 120 . f . (1 s)

p

C = m . I2

m = U1f1


13/31



Onde:

m = Fluxo de magnetizaoI2 = Corrente do rotorU1 = Tenso estatricaf1 = Freqncia da rede

Para possibilitar a operao do motor com torque constante para diferentes velocidades, deve-se fazervariar a tenso U1 proporcionalmente com a variao da freqncia f1 mantendo desta forma o fluxoconstante.

3.2 Tipos de conversores de freqncia

Um conversor de freqncia converte a tenso da rede de amplitude e freqncia constantes em umatenso de amplitude e freqncia variveis. Esta converso, pode ser obtida direta ou indiretamente:

Converso Direta : onde se enquadram os cicloconversores; Converso Indireta : onde se enquadram os conversores com Circuito Intermedirio.

3.3 Tenso no circuito intermedirio constante

Com este sistema, a tenso no circuito intermedirio constante e obtida atravs de uma ponte de diodos eum banco de capacitores que formam o circuito intermedirio (link DC), cujo assunto ser abordado emmaiores detalhes no item a seguir.

3.4 Conversores de freqncia com modulao por largura de pulsos (PULSE WIDTH

MODULATION - PWM)

GENERALIDADES

Um conversor de freqncia com modulao por largura de pulsos consiste basicamente dos seguintesblocos, conforme mostra a figura a seguir:

Figura 7 - Diagrama de blocos de conversor tipo PWM

I - Fonte de tenso continua elaborada a partir de uma ponte retificadora (diodos)alimentada por uma rede monofsica ou trifsica;

II - Filtro capacitivo (link DC); III - Inversor constitudo de transistores de potncia;


14/31


15/31



Figura 9 - Curva representativa da variao U/f.

Com isto determinamos uma rea acima da freqncia nominal que chamamos regio de enfraquecimentode campo, ou seja, uma regio onde o fluxo comea a decrescer e, portanto o torque tambm comea adiminuir. Diminui o carregamento.

Assim a curva caracterstica conjugado x velocidade do motor acionado com conversor da seguintemaneira :

Figura 10 - Curva caracterstica conjugado x velocidade

Abaixo de 6 Hz o conjugado no aparece (teste em laboratrio 5 Hz)

Podemos notar ento, que o conjugado permanece constante at a freqncia nominal e, acima desta,comea a decrescer. A potncia de sada do conversor de freqncia comporta-se da mesma forma que avariao U/f, ou seja, cresce linearmente at a freqncia nominal e permanece constante acima desta.

P = C . n

Tenso

60

Linear

Enfraquecimentode campo

6

Conjugado


16/31



K

Figura 11 Curva caracterstica da potncia de sada do conversor.

3.5 Controle escalar

Entende-se por controle escalar o sistema de controle de velocidade feito por conversores de freqnciaconvencionais, onde necessria apenas a variao de velocidade em aplicaes normais e que norequerem elevadas dinmicas e precises, nem controle de torque (corrente).

Em um sistema com controle escalar, possvel uma preciso de velocidade de at 0,5% da rotaonominal sem variao de carga, e de 3% a 5% com variao de carga de 0 a 100% da torque nominal. Peloprincpio de funcionamento e aplicao, so utilizados na maioria das vezes motores de induoconvencionais sem nenhum sistema de realimentao de velocidade (tacogerador acoplado ao motor) emmalha fechada. A faixa de variao de velocidade pequena e da ordem de 1:10 (Ex: 6 a 60 Hz).

Com estas caractersticas, o conversor de freqncia convencional (escalar), utilizado em maior escala,pois apresenta um custo relativo menor que o conversor com controle vetorial, como tambm em relao a

um acionamento por motor CC e conversor CA/CC.

A fim de estabelecer um comparativo da preciso de regulao de velocidade, apresentamos a seguir umatabela com valores caractersticos para um motor de 3 CV, 4 plos, com variao de velocidade feitaatravs de conversor de freqncia em quatro situaes distintas: conversor direto, conversor com ajustede compensao de escorregamento nominal, conversor com ajuste de compensao de escorregamentootimizado e conversor realimentado por tacogerador de pulsos acoplado ao motor.

SEM COMPENSAO COM COMPENSAOCARGA VAZIO 50% 100% VAZIO 50% 100%

FREQ.(HZ) RPM % RPM % RPM % RPM % RPM % RPM %5 149 0 99 34 80 46 176 17 133 11 130 11

10 300 0 266 11 143 52 326 8 305 1,6 253 1520 599 0 571 4,8 486 19 628 4,6 618 3 579 3,530 904 0 880 2,2 802 10 934 3,7 922 2,4 891 140 1208 0 1178 1,8 1107 7,7 1236 3 1223 1,9 1202 050 1507 0 1480 1,3 1415 5,6 1535 2,3 1530 2 1511 0,760 1807 0 1785 0,8 1715 4,7 1836 2 1820 1,1 1801 070 2106 0 2068 1,5 1989 5,2 2133 1,5 2114 0,6 2090 0,480 2404 0 2340 2,5 2262 5,7 2429 1,2 2420 0,8 2393 0,3

TABELA 1 Conversor sem e com compensao de escorregamento nominal.

Potncia

Pn


17/31



Com Compensao Otimizado Com Realimentao Por TacoCARGA VAZIO 50% 100% VAZIO 50% 100%

FREQ.(HZ) RPM % RPM % RPM % RPM % RPM % RPM %5 187 24 176 17 145 3.3 160 6.6 160 6.6 160 6.6

10 336 12 328 9.3 322 7.3 312 4 312 4 311 420 641 6.8 633 5.5 634 5.5 612 2 612 2 611 230 944 4.8 937 4.1 940 4.4 910 1.1 910 1.1 910 1.140 1250 4.1 1238 3.1 1243 3.5 1212 1 1212 1 1211 150 1551 3.4 1537 2.4 1551 3.4 1510 0.6 1510 0.6 1509 0.660 1850 2.7 1838 2.1 1833 1.8 1810 0.5 1810 0.5 1810 0.570 2139 1.8 2122 1 2112 0.5 2109 0.4 2109 0.4 2109 0.480 2435 1.4 2412 0.5 2395 0.2 2409 0.3 2409 0.3 2409 0.3

TABELA 2 Conversor sem e com compensao de escorregamento otimizado e realimentao por

tacogerador de pulsos.

3.6 Controle vetorial

Em aplicaes onde se faz necessria uma alta performance dinmica (respostas rpidas e alta preciso deregulao), o motor eltrico dever fornecer essencialmente um controle preciso de torque para uma faixaextensa de condies de operao.

Para tais aplicaes os acionamentos de corrente continua sempre representaram uma soluo ideal, pois,a proporcionalidade da corrente de armadura, do fluxo e do torque num motor de corrente continuaproporciona um meio direto para o controle de torque.Contudo, a busca por avanos tecnolgicos significativos, tem diminudo esta hegemonia, egradativamente, esto crescendo as opes por novas alternativas como o uso de acionamentos emcorrente alternada do tipo controle vetorial.

O controle vetorial uma forma de regulao que possibilita a avaliao individual das componenteseltricas internas do motor de corrente alternada (resistncias e indutncias), permitindo uma regulaomais precisa, tornando seu comportamento semelhante ao de um motor de corrente contnua.

Vantagens do conversor com controle vetorial:

Elevada preciso de regulao de velocidade (0,01%); Alta performance dinmica; Controle de torque linear para aplicaes de posio ou de trao; Operao suave em baixa velocidade e sem oscilaes de torque, mesmo com variao de

carga.A produo de troque em um motor CC ou motor de induo em gaiola uma funo da relao deposio ou vetorial, no espao, do fluxo magntico do entreferro para a corrente do rotor.

Referindo-se figura 9.5.aa, o fluxo e a corrente de armadura esto sempre idealmente posicionados emvirtude da ao de chaveamento do comutador; portanto o controle da corrente de armadura d o controleimediato de troque do motor CC, tanto em regime permanente como transitrio.


18/31



No motor de induo, o fluxo rotativo responsvel por estabelecer a corrente do rotor; a posioinstantnea ou relao vetorial entre eles uma funo do escorregamento e de outras variveis. Emregime permanente com um escorregamento muito baixo, quanto a reatncia do rotor desprezvel, acorrente estar quase na posio ideal mostrada na figura 9.5ab; mas para escorregamento elevado, com afreqncia da corrente do rotor maior, a reatncia do rotor no desprezvel e a corrente ento atrasada,

como mostrado na figura 9.5ac, resultando em menos troque.

Para obter uma resposta de controle transitria do motor de induo, que igual quela do motor CC, ofluxo em relao posio da corrente do rotor tem de ser como mostrado na figura 9.5ab em todos osinstantes. Diferente do motor CC, onde o fluxo e a corrente so controlados independentemente, no motorde induo o fluxo e a corrente no so independentes um do outro, sendo ambos estabelecidos pela, erelacionados , corrente no enrolamento do estator.Idealmente, o fluxo do rotor estabelecido pela corrente do rotor est em quadratura com o fluxo doestator, com o fluxo resultante sendo distorcido no entreferro e, portanto, gerando torque.

figura 12 : Relao entre fluxo e corrente nos motores.

a)Motor CC

b)Mostrando a posio ideal da corrente do rotor no motor de induo

c)Mostrando como na prtica a corrente do rotor se atrasa do fluxo

O circuito do motor de induo j foi apresentado anteriormente mas, para fins de explicao do controlevetorial. ele desenhado simplificado na figura 13b, com o diagrama fasorial associado. O torquedesenvolvido relacionado componente em fase de I2 mostrada como Iq e o fluxo relacionado corrente Im modificado pela componente reativa de I2 para dar a componente mostrada como Id. Oobjetivo do controle vetorial, s vezes referido como controle de orientao de campo, controlarseparadamente o mdulo das duas componentes Id e Iq, de tal forma que o fluxo seja proporcional as Id eo torque, proporcional a Iq.

Controlando independentemente cada componente. temos um sistema que se iguala ao do motor CC amambas as respostas, a de regime permanente e a transitria.


19/31



figura 13 - Componentes das correntes de estator do motor de induo

a) Circuito equivalente b) Diagrama fasorial

Referindo figura 12a , no motor CC o fluxo estacionrio, com a corrente de armadura fixada no espaopela ao do comutador, mas no motor de induo o fluxo e as correntes do rotor giram juntos. Os valoresinstantneos das correntes trifsicas no estator determinam ongulo do fluxo no espao e o da corrente dorotor tal que tenha de haver um codificador que mea a posio mecnica angular do rotor em relao scorrentes instantneas do mesmo.

Para implementar o controle vetorial, os parmetros do motor devem ser conhecidos e os valorescolocados em um conjunto altamente complexo de equaes matemticas desenvolvido a partir da teoriageneralizada da mquina. Dessa maneira, os valores desejados das duas componentes da corrente dos trsenrolamentos do estator. o advento dos poderosos microprocessadores rpidos que permitiu que osclculos fossem realizados em tempo real e que o controle vetorial se tornasse um sistema prtico.

Uma explicao completa do sistema de controle vetorial muito complexa para ser dada aqui, mas umresumo do sistema dada na figura 13b . As duas componentes da corrente, uma relacionada aoestabelecimento do fluxo e a outra ao torque, so determinadas com referncia nos parmetros do motor eento convertidas aos valores trifsicos para o motor. A velocidade medida por meio da determinao dataxa da sada do codificador de posio.

necessrio conhecer a posio do rotor porque a corrente no mesmo no pode mudar instantaneamente;portanto, uma variao transitria na carga pode mudar a taxa de rotao do rotor e, com isto, a posio dacorrente no mesmo espao. A corrente do estator tem de mudar para acomodar esse movimento dacorrente do rotor no espao. As posies angulares so todas referenciadas em um sistema de estruturarotativa, enquanto no motor CC a estrutura de

referncia estacionria. Em essncia no sistema est tentando manter um escorregamento consistentecom a condio de torque.

Os dados relacionados aos parmentros do motor tm de ser predeterminados e armazenados no sistemade controle. ou medidos pelo sistema de controle e ento armazenados. As variaes de temperaturaalteraro os valores de resistncia e em particular a constante de tempo do circuito do rotor.; essasvariaes tm de ser contabilizadas para entrar nos dados dos parmetros do motor. A saturao do fluxomagntico tambm pode alterar os parmetros do motor.


20/31



figura 14 - Esboo do sistema de controle vetorial

Os sistemas de controle menos complexos que contam com o estabelecimento da relao

tenso/freqncia e limitao de corrente, ou controle por meio da determinao do escorregamento, sogeralmente conhecidos como controladores escalares. No sistema de controle vetorial, a configurao daforma de onda da corrente pode ser feita por um sistema conhecido como controle da corrente dehisterese. a figura 15 ilustra o conceito, com os dispositivos do inversor sendo chaveados para manter acorrente dentro de uma banda acima ou abaixo da corrente desejada. Quando a corrente atinge a bandasuperior, o inversor desliga e, quando a corrente cai para a banda inferior, ele ligado.

figura 15 Inversor do tipo controle de histerese

3.6.1 Observaes e consideraes importantes

Quanto menor a tenso e a freqncia do estator, mais significativa a queda de tenso no estator, demodo que para baixas freqncias, mantendo-se a proporcionalidade entre a freqncia e a tenso, o fluxoe conseqentemente o conjugado da mquina diminui bastante.Para que isto seja evitado, a tenso do estator para baixas freqncias deve ser aumentada, atravs acompensao I x R, conforme figura a seguir:


21/31



3.6.2 Operao abaixo da rotao nominal

Considerando-se que as perdas no cobre so resultado da corrente do motor, ento a perda de potncia serproporcional carga.

Dessa forma, se o motor gira mais lento, com a mesma corrente nominal (determinada pela carga) gerandoa mesma perda de potncia que ocorre em velocidades mais elevadas, o motor se sobre aquece, pois h ummenor fluxo de ar de refrigerao disponvel quando o ventilador do motor se movimenta em velocidadesmenores (motores autoventilados).

Quando o motor utilizado em aplicaes para controle de ventiladores ou bombas centrifugas, a carganormalmente diminui, conforme a velocidade se reduz, dessa forma o sobre aquecimento deixa de existir.

Em aplicaes onde o motor deve desenvolver pleno torque (100% da corrente) em baixa velocidade, osobredimensionamento ou utilizao de motores com um fator de servio mais elevado se tornanecessrio.

Figura 16 -Diminuio de torque devido reduo de refrigerao do motor.

U1

I.R

10Hz

0

1.0

0.9

6 30


22/31



Geralmente, em aplicaes que possuam carga com conjugado constante e variao de velocidade de O a50% da rotao nominal, utiliza-se o fator K de reduo de potncia, da figura anterior, ou se quisermos,poderemos utilizar o fator de servio e/ou o aumento da classe de isolamento para manter o torqueconstante.

3.7 - Motores autoventilados

Para a operao com motores autoventilados padres, aconselhvel a utilizao de operao na faixaentre 50% a 100% da rotao nominal, faixa em que o ventilador acoplado ao prprio eixo do motor aindapossui eficincia na refrigerao.

Para rotaes abaixo de 50%, em caso de cargas com conjugado constante, necessrio o sobredimensionamento da carcaa do motor, ou atravs do simples aumento da potncia nominal do motor, ouento atravs da fabricao de um motor especial com a carcaa sobre dimensionada, a fim de prover adevida refrigerao do motor.

Para o clculo da carcaa a ser utilizada, deve-se levar em considerao o torque necessrio pela carga aser acionada e a faixa de variao de velocidade. Definindo-se a velocidade mnima de operao, utiliza-seo grfico abaixo:

Figura 17

Com o conjugado sobre dimensionado obtido, define-se atravs de uma tabela de caractersticas demotores padres, qual o motor que possui este conjugado. Este motor, portanto ter a carcaa quepermitir a utilizao na faixa de rotaes necessria sem o problema de sobre aquecimento, fornecendo oconjugado necessrio para acionar a carga.

6 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 fs (HZ)

K1.0

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1


23/31



C

Cn

Enfraquecimentode campo

6 60 f (HZ)

Pode-se ento utilizar este motor diretamente, que estar sobre dimensionado em carcaa e tambm empotncia, ou ento utilizar um motor que possua esta carcaa sobre dimensionada, mas com a potnciaajustada ao acionamento, atravs da bobinagem de enrolamentos em carcaa maior (motor especial).

3.8 Operao acima da rotao nominal

Um motor padro para operar em rede de freqncia de 50 ou 60 Hz pode girar a freqncias mais altasquando alimentado por um conversor de freqncia. A velocidade mxima depende dos limites deisolao para a tenso do motor e seu balanceamento mecnico.

Neste caso, como o motor funcionar com enfraquecimento de campo, a mxima velocidade estarlimitada pelo torque disponvel do motor e pela mxima velocidade perifrica das partes girantes do motor(ventilador, rotor, mancais).

Figura 18 Operao acima da rotao nominal

3.9 Sistemas de acionamento de multiconversores

Para este acionamento considera-se a utilizao de um conversor para cada motor, e o sincronismo entreos motores pode ser obtido utilizando-se uma lgica (equipamentos) auxiliar para permitir que se tenha aacelerao/desacelerao do sistema em conjunto para que no aconteam sobrecargas individuais emalguns motores.


24/31



Figura 19 Sistema multiconversores

Como caractersticas deste tipo de acionamento podemos citar:

a) A proteo de cada motor feita individualmente e diretamente pelo respectivo conversor e fusveisultra- rpidos.

b) A potncia de cada conversor a prpria potncia do motor acionado.

c) Pode haver o desligamento e religamento de cada motor individualmente, caso no seja necessrio osincronismo entre todos os motores.

3.10 Sistemas de acionamento monoconversor

Para este acionamento considera-se a utilizao de um conversor para vrios motores, e o sincronismoentre os motores obtido pela simples injeo da mesma freqncia de alimentao para todos os motores.A figura a seguir demonstra a ligao destes motores:

Figura 20 Ligao de conversor a vrios motores

Como caractersticas deste tipo de acionamento podemos citar:

b) A proteo de cada motor feita atravs de um rel trmico adicional, individualmente para cadamotor na sada do conversor.

c) A potncia do conversor igual a somatria de todas as potncias dos motores acionados.d) No pode haver o desligamento e religamento de cada motor individualmente, pois isto seria

encarado como a condio de uma partida direta do motor, ocasionando um pico de corrente noreligamento que causaria o bloqueio do conversor por sobrecorrente. No caso de desligamento de


25/31



um motor, necessrio o desligamento de toda a mquina para a posterior partida conjunta pelarampa de acelerao.

3.11 Utilizao de filtro de rdio freqncia

Os conversores de freqncia transmitem fortes ondas eletromagnticas de alta freqncia, que podeminterferir em outros equipamentos eletrnicos. Os seguintes cuidados reduzem esta interferncia:

Instalao do conversor dentro de um painel metlico (aterrado); Uso de cabos blindados para conexes do motor; Aterramento de boa qualidade (baixa resistncia); Uso de filtros supressores na alimentao do conversor.

4 Aplicaes

4.1 Bombas

Levando em considerao o acionamento de bombas de vrios tipos, podemos fazer a separao destasentre dois grupos bsicos pelas suas caractersticas de conjugado resistente que so;

4.1.1 Bombas dinmicas ou turbobombas

Esta famlia de bombas (principalmente as BOMBAS CENTRFUGAS) possuem como caracterstica Tero conjugado de forma quadrtica, isto , o seu conjugado resistente varia com o quadrado da rotaoaplicada. Por exemplo, caso seja duplicada a rotao da bomba para se aumentar a vazo/presso dosistema hidrulico, conseqentemente dever ser fornecido um conjugado quatro vezes maior para tal.

4.1.2 Bomba de deslocamento positico ou volumtricas

Esta famlia de bombas possui como caracterstica Ter o conjugado de forma constante para \ qualquerrotao, isto , o seu conjugado resistente no varia com a rotao. Nesta famlia se enquadram asBombasa pisto, Bombas Helicoidais e as Bombas de Engrenagens.

Caso seja necessrio fazer controle de vazo/presso atravs da variao da velocidade do motor, deve-selevar em considerao que o motor no poder operar acima da sua rotao nominal, pois isto significa

operar em condio de sobrecarga.

Para condies onde se necessita a operao com rotaes abaixo da metade de sua rotao nominal (30Hz), dever ser considerado o problema de sobreaquecimento por reduo de ventilao para motoresconvencionais. Problema este que pode ser contornado atravs do sobredimensionamento da carcaa domotor ou a utilizao de ventilao forada.

4.2 - Ventiladores


26/31



Esta aplicao possui como caracterstica Ter o conjugado de forma quadrtica, isto , o seu conjugadoresistente varia com o quadrado da rotao aplicada, da mesma forma que foi considerado para as bombascentrifugas.

4.3 Sistemas de refrigerao - AR CONDICIONADO

Para sistemas de refrigerao e ar condicionado, os conversores de freqncia so utilizados basicamentenos motores de acionamento das bombas e ventiladores do sistema.

A vantagem em se utilizar este equipamento est no fato de que a automao de grandes sistemas (por ex.:Shopping Centers, prdios comerciais, pavilhes de exposies, etc.) se torna bem mais verstil e compossibilidade de racionalizao do consumo de energia com respectiva economia.

4.4 Extrusoras

Estas mquinas tem como caracterstica possurem o conjugado resistente do tipo constante para qualquervelocidade. Deve-se novamente Ter cuidado especial para condies onde seja necessria a operao comrotaes abaixo da metade da rotao nominal do motor, onde dever ser considerado o problema desobreaquecimento pela reduo de ventilao para motores convencionais. Problema este que pode sercontornado atravs do sobredimensionamento da carcaa do motor ou a utilizao de ventilao forada.

4.5 Misturadores

Para este tipo de aplicao, a principio no possvel determinar qual a caracterstica particular doconjugado resistente, uma vez que as condies da carga (material a ser processado) podem variar duranteo processo.

4.6 Sistemas de elevao

Fazem parte desta famlia de aplicaes os Guinchos, Guindaste, Pontes Rolantes (Iamento) eElevadores em geral. Nestes sistemas de elevao, a utilizao de acionamentos por conversores defreqncia convencionais e motor de induo trifsico no geralmente aconselhvel, pois neste caso omotor no ter condies de fornecer conjugado com o rotor parado (torque com rotao nula).

4.7 Bobinadores/desbobinadores

Os bobinadores/desbobinadores so classificados em dois grupos, sendo:

Bobinadores/desbobinadores (Axiais) Bobinadores/desbobinadores (Tangenciais)

4.8 Fresadores

Esta aplicao tem como caracterstica a necessidade de se manter a velocidade de desbaste (retirada dematerial) constante (velocidade superficial do rebolo constante).


27/31



4.9- Sistemas de dosagem

Entende-se por sistemas de dosagem as aplicaes as quais utilizam conversores de freqncia para variara rotao do motor responsvel pela alimentao do sistema, em processos contnuos e que no envolvam

controle preciso de quantidade, volume ou vazo. Temos como exemplo aplicaes tais como: Esteira,Rosca sem fim e Bombas.

4.10 Centrfugas

As centrfugas so equipamentos utilizados para separao de compostos de vrias naturezas. Entre estesequipamentos podemos salientar as Centrfugas de acar, Roupa, Produtos qumicos, etc. Este tipo deaplicao possui caractersticas de conjugado resistente baixo e inrcia extremamente alta. O conjugadoresistente devido principalmente a atrito de rolamentos resistente do ar.

4.11 Moinhos a tambor

Entre os tipos de moinho a tambor, salientam-se os Moinhoa de bolas (indstria cermica) e por analogiado princpio de funcionamento, so aplicaes semelhantes as Mquinas de lavar roupa industrial. Estetipo de aplicao possui caracterstica de conjugado que varia linearmente com a rotao, ou seja, quantomaior a rotao, maior o conjugado resistente. Este sistema possui elevadas inrcias na partida quedependem diretamente da quantidade de carga do moinho.

5 Funes dos Conversores

5.1 Multi-speed

Esta funo permite a variao da freqncia de sada do conversor atravs de combinaes das entradasdigitais, as quais podem ser comandadas por vrias formas, tais como: chaves seletoras, contatores, rels,chaves fim-de-curso, sensores em geral, etc. Seu uso recomendado quando utiliza-se duas ou maisvelocidades fixas (pr-ajustadas), pois traz as seguintes vantagens:

As freqncias ajustadas dos patamares so mais estveis e no apresentam influncia da temperatura(grande repetibilidade)

Imunidade a rudo eltrico Simplificao de comandos e ajustes

A maior imunidade ao rudo eltrico importante quando os comandos so feitos a grandes distncias,evitando o uso de sinais analgicos para referncia de velocidade.

5.2 Ciclo automtico

O ciclo automtico e utilizado para acionar um motor em uma determinada seqncia de 1 operao a serrepetida a cada liberao do conversor. Conforme demonstrado na figura a seguir, a freqncia de cadapatamar, bem como a sua durao podem ser ajustadas (programadas) independentemente.


28/31



Aps o incio do ciclo, o mesmo poder ser interrompido, sendo que a parada da mquina ser feitaatravs de rampa de desacelerao, e poder ser reiniciado voltando a operar no mesmo ponto em que foideterminada a parada. Ao termino do ciclo completo, o conversor aguardar um comando externo quehabilite o incio de um novo ciclo.

Figura 21 Ciclo Automtico

5.3 - Curva U/F ajustvel

Esta funo permite a alterao das curvas caractersticas padres definidas, que relacionam a tenso e afreqncia de sada do conversor e consequentemente o fluxo de magnetizao do motor, a fim de adequara uma necessidade especfica.

Esta caracterstica pode ser utilizada em aplicaes especiais nas quais os motores utilizados necessitamde tenso nominal ou freqncia nominal diferentes dos padres. O ajuste da relao entre a tenso e afreqncia feito atravs do software do conversor (parmetros de programao), onde se define ainclinao de uma reta (conforme ilustrado na figura a seguir) atravs de trs pares (U, f) de pontosdistintos que so: Ponto mnimo, ponto mdio e ponto mximo.

t 1 t2 t3 t4 t5 t6

n1

n2

n3

n4

IN CIO DO CICLO AUTOM TICO


29/31



Figura 22 Curva U / F Ajustvel

5.4 Rejeio de freqncias crticas (SKIP FREQUENCY)

Este recurso utilizado quando o sistema ser acionado possui faixas de operao com rotaes crticas eque no podem ser utilizadas. Como exemplo, problemas de ressonncia mecnica em ventiladores, quecausam a vibrao excessiva do mesmo, podem causar a destruio de rolamentos e eixos.

5.5 - Frenagem CC

Este tipo de frenagem do motor conseguida aplicando-se no seu estator uma tenso contnua. Esta obtida pelo disparo dos transistores do conversor, no necessitando nenhum dispositivo adicional. Estetipo de frenagem til quando se deseja a parada do motor (freio) apenas, diferentemente da frenagemreosttica que pode ser utilizada para reduzira velocidade, mas mantendo-se o motor girando.

O torque de frenagem pode ser ajustado de acordo com a aplicao, atravs do tempo de injeo decorrente contnua e do nvel de tenso CC aplicada no motor. (Maiores detalhes vide item 7.4 Capitulo II).Durante a frenagem CC, necessrio um intervalo para a desmagnetizao do motor (Tempo Morto), parano haver um pico de corrente no conversor, que poder atuar a proteo e bloquear o mesmo.

200

U

Unom

50 100 150 Hz


30/31



5.6 Frenagem reosttica

Figura 24

Este tipo de frenagem utilizado nos casos em que so desejados tempos de desacelerao curtos ouquando forem acionadas cargas de elevada inrcia.

06 Aspectos Gerais

De uma forma geral, as aplicaes de motores de induo com inversores algo relativamente novo,principalmente dentro do contexto nacional ,isto j no ponto inicial mostra ser um assunto polemico edivergente,as vezes at contraditrio, mas como no h uma norma especfica que oriente os fabricantesde motores, que padronize os processos de avaliao dos motores

para a aplicao com inversores em nvel nacional, j que existe uma abordagem neste assunto emalgumas normas internacionais, como exemplo podemos citar a IEC34-17(1992).

6.1 - Caractersticas dos Motores com Inversor

a) Rudo

Esta caracterstica especialmente notada logo que acionamos um motor com inversor defreqncia, notamos logo o rudo caracterstico do motor, um tom agudo e de relativa intensidade,este efeito causado pelo contedo harmnico de tenso presente na alimentao de tensofornecida ao motor pelo inversor, em conseqncia temos o rudo magntico, nota-se queaumentando a freqncia de chaveamento do inversor para freqncias acima de 12Khz h melhoranesta caracterstica,isto se deve porque a onda senoidal entregue ao motor sintetizada, com oaumento da freqncia de chaveamento nos aproximamos de uma senodemais real.

b) Vibrao

Outra caracterstica tambm afetada o nvel de vibrao, este nvel aumenta se trabalharmos comuma freqncia baixa de chaveamento, outra caracterstica que melhora ao se elevar a freqnciade chaveamento como no rudo.

c) Rendimento


31/31


O rendimento do conjunto motor-inversor, outra varivel que tem sua melhora em funo doaumento da frequencia de chaveamento do inversor, porm, o rendimento do inversor diminui comeste aumento de frequencia, pode-se notar isto no manual do fabricante do inversor, aonde se temque a potencia de sada diminui com o aumento da frequencia, ou seja, a corrente de sada doinversor diminui.

d) Correntes nos Mancais

Componentes de alta frequencia da tenso de modo comum dos inversores de frequencia(pwm)geram um acoplamento capacitivo do motor ao terra, sua via de descarga o rolamento, aisolao das pistas interna e externa proporcionada pela graxa dos rolamentos o fator que servepara que se acumule cargas no rotor, no momento que a capacidade dieltrica da graxa se romper ha passagen de corrente pelo rolamento, a superfcie dos rolamentos so danificadas e, com isto suavida til reduzida,h uma falha prematura do rolamento do motor.

7 - ConclusoO aumento da frequencia de chaveamento melhora algumas caractersticas, porm no uma soluo simples dse tomar, obtem-se um resultado satisfatrio trabalhando em 8Khz, no queremos com isto que se torne regramas, deveremos ponderar e escolhermos como devemos trabalhar.

controle de velocidade ca

Documents