guia de aplicacao de inversores de frequencia

196

Upload: michael-furlanetti

Post on 03-Jan-2016

109 views

Category:

Documents


57 download

TRANSCRIPT

Page 1: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia
Page 2: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

GUIA DEAPLICAÇÃO DE

INVERSORES DEFREQÜÊNCIA

GUIA DEAPLICAÇÃO DE

INVERSORES DEFREQÜÊNCIA

WEG AUTOMAÇÃOwww.weg.com.br

2ª EDIÇÃO

Page 3: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia
Page 4: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

AUTORIA

AUTORIA

AUTORIA

AUTORIA

AUTORIA

AUTORIA:

“Este ‘Guia de Inversores de

Freqüência’ foi escrito pelos M. Engo.

José M. Mascheroni (coordenação do

trabalho e criação dos capítulos 2, 4, 6 e

8), M. Engo. Marcos Lichtblau e Enga.

Denise Gerardi (capítulo 7 e o Anexo 1),

todos integrantes da ISA Engenharia

Ltda. – Florianópolis / SC.

Os capítulos 1, 3 e 5 foram

escritos utilizando-se materiais

fornecidos pela Weg e revisados pelo

coordenador.

Coube à Weg a criação do capítulo

9, Anexos 2 e 3, como também a revisão

técnica do mesmo.”

Page 5: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia
Page 6: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

1.1 Sistemas de velocidade variável ______________ 111.2 Sistemas de variação de velocidade

tradicionais ________________________________ 141.2.1 Variadores mecânicos__________________ 15

• Variador com polias cônicas e correia __ 15• Variador com polias cônicas e corrente _ 16• Variador com discos de fricção ________ 16

1.2.2 Variadores hidráulicos _________________ 16• Motor hidráulico ____________________ 16• Variador hidrocinético ________________ 17

1.2.3 Variadores eletromagnéticos - Embreagenseletromagnéticas _____________________ 17

2.1 Princípios básicos de funcionamento __________ 212.2 Análise de funcionamento____________________ 252.3 Curvas características do motor de indução ____ 27

2.3.1 Torque x Velocidade ___________________ 272.3.2 Corrente x Velocidade __________________ 28

2.4 Potência e perdas ___________________________ 282.5 Características de temperatura – classes de

isolamento térmico _________________________ 292.6 Tempo de rotor bloqueado ___________________ 30

3.1 Categorias de partida _______________________ 353.2 Formas de partida __________________________ 36

• Partida direta _____________________________ 36• Partida estrela-triângulo____________________ 37• Partida eletrônica (soft-starter) ______________ 38

3.3 Frenagem__________________________________ 403.3.1 Frenagem por contra-corrente __________ 403.3.2 Frenagem por injeção de CC ____________ 42

3.4 Vantagens e desvantagens dos métodos departida ____________________________________ 43• Partida direta _____________________________ 43• Partida estrela-triângulo____________________ 44• Partida eletrônica (soft-starter) ______________ 44

4.1 Métodos de controle dos inversores defreqüência _________________________________ 52• Controle escalar ___________________________ 52• Controle vetorial __________________________ 56

4.2 Características dos motores de induçãoacionados com inversores de freqüência _______ 59

ÍNDICEÍNDICE1

INTRODUÇÃO

2

COMO FUNCIONA UMMOTOR DE INDUÇÃO?

3

MÉTODOS DE COMANDODE UM MOTOR DEINDUÇÃO

4

O INVERSOR DEFREQÜÊNCIA WEG

2ª EDIÇÃO

Page 7: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

5.1 Parâmetros de leitura________________________ 645.2 Parâmetros de regulação_____________________ 65

• Rampas de aceleração / desaceleração _______ 65• Curva U/F ajustável ________________________ 67

5.3 Parâmetros de configuração __________________ 68• Frenagem ________________________________ 68• Injeção de corrente contínua ________________ 70• Rampa de desaceleração e frenagem reostática 70• Rejeição de freqüências críticas _____________ 71• Partida com motor girando (flying start) ______ 72• Compensação do escorregamento ___________ 73

5.4 Parâmetros do motor ________________________ 745.5 Parâmetros das funções especiais _____________ 74

• Ciclo automático __________________________ 74• Controle de processos com inversores defreqüência _________________________________ 75

6.1 Sensores de posição e velocidade _____________ 806.2 Medição de velocidade ______________________ 82

6.2.1 Algoritmo de estimação de freqüência ___ 836.2.2 Algoritmo de estimação do período ______ 836.2.3 Algoritmo de estimação simultânea de

período e freqüência ___________________ 846.3 Ruídos ____________________________________ 846.4 Sincronização de velocidade _________________ 85

7.1 Introdução, definições, fundamentos eprincípios __________________________________ 897.1.1 Definições ___________________________ 897.1.2 Relações básicas ______________________ 90

7.2 O que a carga requer? _______________________ 947.2.1 Tipos de cargas _______________________ 947.2.2 O pico de carga _______________________ 967.2.3 Estimando cargas _____________________ 97

7.3 Seleção de acionamentos (motor/inversor) _____ 987.3.1 Operação abaixo da rotação nominal ____ 98

• Motor autoventilado _________________ 98• Motor com ventilação independente ___ 100

7.3.2 Operação acima da rotação nominal ___ 1017.3.3 Casos especiais ______________________ 102

• Efeito da temperatura ambiente ______ 102• Efeito da altitude ___________________ 103

7.4 Aplicações típicas _________________________ 104• Bombas centrífugas e ventiladores __________ 104• Extrusoras _______________________________ 107• Bobinadores/desbobinadores _______________ 108

5

PARÂMETROS DOINVERSOR DEFREQÜÊNCIA

6

COMANDO E CONTROLEDE VELOCIDADE EMMOTORES DE INDUÇÃOACIONADOS PORINVERSORES DEFREQÜÊNCIA

7

APLICAÇÃO DEACIONAMENTOS COMMOTORES DE INDUÇÃOE INVERSORES DEFREQÜÊNCIA

Page 8: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

8.1 Rede de alimentação elétrica ________________ 1148.2 Fusíveis __________________________________ 1148.3 Condicionamento da rede de alimentação _____ 1148.4 Interferência eletromagnética (EMI) __________ 1158.5 Cabos ___________________________________ 1188.6 Aterramento ______________________________ 1208.7 Dispositivos de saída _______________________ 1218.8 Instalação em painéis – princípios básicos ____ 122

9.1 Introdução _______________________________ 1279.2 Inversor de freqüência CFW-10 ______________ 129

• Principais aplicações / Benefícios ___________ 129• Tabela de especificações___________________ 130• Codificação______________________________ 130• Características técnicas ___________________ 131

9.3 Inversor de freqüência CFW-08 ______________ 132• Principais aplicações / Benefícios ___________ 132• Tabela de especificações___________________ 133• Modelos e acessórios opcionais ____________ 134• Interface homem-máquina remota __________ 135• Superdrive_______________________________ 135• Codificação______________________________ 136• Características técnicas ___________________ 137• Recursos / Funções especiais _______________ 138

9.4 Inversor de freqüência CFW-09 ______________ 139• Vectrue Technology ® _____________________ 139• Optimal Braking ® _______________________ 140• Vantagens adicionais _____________________ 141• Aplicações ______________________________ 142• Interface homem-máquina _________________ 143• Funções do teclado _______________________ 144• Superdrive_______________________________ 144• Redes de comunicação “FieldBus” __________ 145• Configurações com barramentos CC (link DC) _ 146• Acessórios e periféricos ____________________ 147• Características técnicas ___________________ 149• Tabela de especificações___________________ 152• Codificação______________________________ 154• Dimensões e peso ________________________ 155• Inversor de freqüência CFW09 Shark ________ 155

9

LINHA DE INVERSORESDE FREQÜÊNCIA WEG

8

INSTALAÇÃO DEINVERSORES DEFREQÜÊNCIA

Page 9: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

1 Momento de inércia de formas simples ________ 1592 Teorema dos eixos paralelos _________________ 1613 Momento de inércia de formas compostas _____ 1624 Momento de inércia de corpos que se movem

linearmente _______________________________ 1635 Transmissão mecânica______________________ 1636 Exemplos de cálculos de momento de inércia

de massa _________________________________ 164• Cálculo do momento de inércia de massa ____ 164• Cálculo do momento de inércia total ________ 165

1 Introdução _______________________________ 1692 Distorção harmônica _______________________ 170

2.1 Origens ______________________________ 1702.2 Definições ____________________________ 1712.3 Obtenção das harmônicas de corrente ____ 173

3 Normas relacionadas _______________________ 1744 Alternativas para correção do fator de

potência e redução de correntes harmônicas___ 1764.1 Capacitores ___________________________ 1764.2 Reatância de rede e bobina CC __________ 1764.3 Filtros sintonizados ____________________ 1784.4 Filtros “broad-band” ___________________ 1794.5 Filtros ativos __________________________ 1804.6 Retificadores de 12 e 18 pulsos __________ 1824.7 Retificadores com IGBTs ________________ 183

4.7.1 Inversores de freqüência comentrada monofásica _____________ 183

4.7.2 Inversores de freqüência comentrada trifásica ________________ 183

4.8 Filtros de corrente do neutro ____________ 1844.9 Transformadores defasadores ____________ 185

5 Conclusão _______________________________ 186

Inversores de freqüênciaFolha de dados para dimensionamento ___________ 189

Referências Bibliográficas _______________________ 191

ANEXO 3

CHECK-LIST PARADETALHAMENTO DAAPLICAÇÃO

ANEXO 2

CORREÇÃO DE FATORDE POTÊNCIA EREDUÇÃO DADISTORÇÃOHARMÔNICA

ANEXO 1

CÁLCULO DO MOMENTODE INÉRCIA DE MASSA

Page 10: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

1INTRODUÇÃO

1.1 Sistemas de velocidade variável

1.2 Sistemas de variação de velocidadetradicionais1.2.1 Variadores mecânicos

� Variador de polias cônicas e correia

� Variador com polias e corrente

� Variador com discos de fricção

1.2.2 Variadores hidráulicos

� Motor hidráulico

� Variador hidrocinético

1.2.3 Variadores eletromagnéticos - Embreagens eletromagnéticas

Page 11: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia
Page 12: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

11

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:

� Motor ............................. converte energia elétricaem energia mecânica

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

� 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

Page 13: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

12

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:

� Economia de energia� Melhoramento do desempenho de máquinas e

equipamentos, devido a adaptação da velocidade aos requisitos do processo

� Elimina o pico de corrente na partida do motor� Reduz a freqüência de manutenção dos

equipamentos� Etc.

Estes novos dispositivos eletrônicos 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

Page 14: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

13

Pla

ca d

e Id

en

tific

ação

(merc

ad

o b

rasi

leiro

)

Pla

ca d

e Id

en

tific

ação

(merc

ad

o a

merican

o)

Pla

ca d

e Id

en

tific

ação

(merc

ad

o la

tino

)

Exemplo:

Figura 1.1

INTRODUÇÃO1

Page 15: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

14

Na aplicação dos inversores de freqüência 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 envolvidos 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 � variação de vazão de líquidos· Ventiladores � variação de vazão de ar· Sistemas de transporte � variação da velocidade

de transporte• Sistemas de dosagem � variação da velocidade

de alimentação• Tornos � variação da velocidade de corte

1.2 SISTEMAS DE VARIAÇÃODE VELOCIDADETRADICIONAIS

INTRODUÇÃO1

Page 16: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

15

• Bobinadeiras � 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.

� 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

Page 17: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

16

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

� 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.

� 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:

� Baixa rotação (5 a 500 rpm aproximadamente)� Elevado torque� Permite rotação nos dois sentidos� Motores de baixa potência� 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

Page 18: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

17

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 (quanto maior a vazão, maior avelocidade) que é feito através de válvulas deestrangulamento no circuito hidráulico, ocasionandoperdas elevadas.

� 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 ventilador irá começar a girar também aoreceber a corrente de ar. Se não houvesse perdas, arotação do segundo ventilador seria praticamente amesma que a do ventilador 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

Page 19: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

18

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

� 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;

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

� 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

Page 20: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

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

Page 21: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia
Page 22: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

21

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

Page 23: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

22

Figura 2.4

3. Dois condutores adjacentes (a e b) pelos quais estácirculando uma corrente elétrica (i

a e i

b) produzem

cada 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.

COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO?2

Page 24: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

23

Figura 2.5

Na figura 2.6, os pontos identificados com osnúmeros �...� 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

COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO?2

Page 25: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

24

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).

COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO?2

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

Page 26: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

25

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 secundário 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

COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO?2

2.2 ANÁLISE DEFUNCIONAMENTO

Page 27: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

26

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 estator “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 = (Ns – N)

––––––––––––––––––N

s

COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO?2

Page 28: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

27

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 sua 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.

COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO?2

2.3 CURVASCARACTERÍSTICASDO MOTOR DEINDUÇÃO

2.3.1 Torque x Velocidade

Page 29: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

28

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 e

freqüência 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 motor.Essas perdas podem ser classificadas em:

2.3.2 Corrente x Velocidade

2.4 POTÊNCIA E PERDAS

COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO?2

Page 30: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

29

� perdas no enrolamento estatórico (perdas nocobre);

� perdas no rotor;� perdas por atrito e ventilação;� 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 utilizado 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 utilizaçãogeneralizada destes equipamentos, o problema dorompimento da isolação provocado pelos altos picosde tensão decorrentes da rapidez de crescimento dos

COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO?2

2.5 CARACTERÍSTICASDE TEMPERATURA -CLASSES DEISOLAMENTOTÉRMICO

Page 31: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

30

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 TEMPERATURA MÁXIMA (°C)DE ∆T

máx(°C)

ISOLAMENTO NEMA MG1.12.53 IEC 79.7

B 175 185 80

F 200 210 100

H 225 235 125

COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO?2

Page 32: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

31

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 tensãoreduzida

tb

= Tempo de rotor bloqueado à tensãonominal

Un

= Tensão nominal

Ur

= 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 . ( –––––– )²

Ipc

Onde:trb

= Tempo de rotor bloqueado com correntereduzida

tb

= Tempo de rotor bloqueado à correntenominal

Ipn

= Corrente de partida direta do motor

Ipc

= Corrente de partida do motor comcorrente reduzida

Geralmente, Ipn

é obtido de catálogos e possui o valorem torno de 6 a 8 vezes a corrente nominal do motor,e I

pc depende do método de partida do motor. Se por

exemplo esta partida for do tipo estrela-triângulo ovalor da corrente será de aproximadamente 1/3 dacorrente de partida.

COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO?2

Page 33: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia
Page 34: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

3MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DEINDUÇÃO

3.1 Categorias de Partida

3.2 Formas de Partida� Partida direta

� Partida estrela-triângulo

� 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 partida� Partida direta

� Partida estrela-triângulo

� Partida eletrônica (soft-starter)

Page 35: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia
Page 36: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

35

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 figura 3.1.

Page 37: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

36

MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO3

3.2 FORMAS DE PARTIDA

Figura 3.1 - Curvas características de torque em função da categoria do

motor (partida direta)

� 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

Page 38: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

37

� 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 outra 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

MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO3

Page 39: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

38

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

� 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.

MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO3

Page 40: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

39

Figura 3.5 - Curva característica de torque e corrente, motor com partida

suave (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.

MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO3

Page 41: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

40

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

MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO3

3.3.1 Frenagem porcontra-corrente

3.3 FRENAGEM

Page 42: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

41

MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO3

Figura 3.7 - Frenagem por contracorrente

Page 43: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

42

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 INDUÇÃO3

3.3.2 Frenagem por injeçãode corrente contínua(CC)

Page 44: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

43

� 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

MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO3

Page 45: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

44

� PARTIDA 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.

� PARTIDA ELETRÔNICA(SOFT-STARTER)

Vantagens• 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

MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO3

Page 46: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

4O INVERSOR DE FREQÜÊNCIA

4.1 Métodos de controle dos inversores defreqüência� Controle escalar

� Controle vetorial

4.2 Características dos motores de induçãoacionados com inversores de freqüência

Page 47: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia
Page 48: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

47

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

Page 49: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

48

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

O INVERSOR DE FREQÜÊNCIA4

Page 50: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

49

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.

O INVERSOR DE FREQÜÊNCIA4

Figura 4.5

Page 51: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

50

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 muda 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 freqüência variável com resolução de até 0,01Hz.

OBSERVAÇÃOOs números correspondem as chaves fechadas.

O INVERSOR DE FREQÜÊNCIA4

Page 52: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

51

Figura 4.6

O INVERSOR DE FREQÜÊNCIA4

Page 53: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

52

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

� CONTROLE ESCALARO funcionamento dos inversores de freqüência comcontrole escalar está baseado numa estratégia decomando chamada “V/F constante”, que mantém otorque do motor constante, igual 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 definem 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.

O INVERSOR DE FREQÜÊNCIA4

4.1 MÉTODOS DECONTROLE DOSINVERSORES DEFREQUÊNCIA

Page 54: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

53

Fazendo uma análise muito simplificada podemosdizer que a corrente que circulará pelo estator domotor será proporcional ao valor da resistência “R” eao valor da reatância Indutiva “X

L” que é dependente

da indutância L e da freqüência f. Assim:

XL = 2.π.f.L

e

I = V /( R2 + XL2 )1/2

Para valores de freqüência 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.

O INVERSOR DE FREQÜÊNCIA4

Page 55: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

54

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

O INVERSOR DE FREQÜÊNCIA4

Page 56: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

55

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 figura 4.10 a seguir.

Figura 4.10

Podemos deduzir assim que o controle escalar eminversores de freqüência 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

O INVERSOR DE FREQÜÊNCIA4

Page 57: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

56

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

Veremos na continuação uma descrição dos inversorescom controle vetorial.

� 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/freqüência 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 últimos temposmuito utilizada para dar nome aos novos inversores,

O INVERSOR DE FREQÜÊNCIA4

Page 58: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

57

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:

� Resistência do estator

� Resistência do rotor

� Indutância do estator

� Indutância do rotor

� Indutância de magnetização

O INVERSOR DE FREQÜÊNCIA4

Page 59: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

58

� 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 motor, pois calculaas duas componentes da corrente do motor. Este tipode inversores conseguem excelentes características deregulação e resposta dinâmica, como por exemplo:

� Regulação de velocidade: 0,01%

� Regulação de torque: 5%

� Faixa de variação de velocidade: 1:1000

� Torque de partida: 400% máx.

� 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:

� Regulação de velocidade: 0,1%

� Regulação de torque: Não tem

� Faixa de variação de velocidade: 1:100

� Torque de partida: 250%

� Torque máximo (não contínuo): 250%

O INVERSOR DE FREQÜÊNCIA4

Page 60: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

59

O INVERSOR DE FREQÜÊNCIA4

Como 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

Page 61: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

60

O INVERSOR DE FREQÜÊNCIA4

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.

Page 62: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

5PARÂMETROS DO INVERSOR DEFREQÜÊNCIA

5.1 Parâmetros de leitura

5.2 Parâmetros de regulação� Rampas de aceleração/desaceleração

� Curva U/F ajustável

5.3 Parâmetros de configuração� Frenagem

� Rampa de aceleração e frenagem reostática

� Rejeição de freqüências críticas

� Partida com motor girando (flying start)

� Compensação do escorregamento

5.4 Parâmetros do motor

5.5. Parâmetros das funções especiais� Ciclo automático

� Controle de processos com inversores de freqüência

Page 63: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia
Page 64: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

63

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:

� Parâmetro de Leitura P003: Corrente consumidapelo motor

� 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

Page 65: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

64

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

� Parâmetros de leitura

� Parâmetros de regulação

� Parâmetros de configuração

� Parâmetros do motor

� 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

PARÂMETROS DO INVERSOR DE FREQÜÊNCIA5

5.1 PARÂMETROS DELEITURA

Page 66: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

65

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

PARÂMETROS DO INVERSOR DE FREQÜÊNCIA5

Page 67: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

66

ocorrendo choques mecânicos no sistema. A rampa “S”pode ser ajustada em função da aplicação através dosoftware do inversor (parâmetros de programação),onde se define os tempos de 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:

� imunidade a ruído elétrico

� simplificação de comandos e ajustes

EXEMPLO:

P124 - Ref. 1 Multispeed _______ 90 rpm

P125 - Ref. 2 Multispeed _______ 300 rpm

P126 - Ref. 3 Multispeed _______ 600 rpm

P127 - Ref. 4 Multispeed _______ 900 rpm

P128 - Ref. 5 Multispeed _______ 1200 rpm

P129 - Ref. 6 Multispeed _______ 1500 rpm

P130 - Ref. 7 Multispeed _______ 1800 rpm

P131 - Ref. 8 Multispeed _______ 1650 rpm

PARÂMETROS DO INVERSOR DE FREQÜÊNCIA5

Page 68: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

67

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.

PARÂMETROS DO INVERSOR DE FREQÜÊNCIA5

Page 69: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

68

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

PARÂMETROS DO INVERSOR DE FREQÜÊNCIA5

5.3 PARÂMETROS DECONFIGURAÇÃO

Page 70: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

69

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)

PARÂMETROS DO INVERSOR DE FREQÜÊNCIA5

Page 71: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

70

INJEÇÃO DE CORRENTE CONTÍNUAEste tipo de frenagem do motor é conseguidaaplicando-se no seu estator uma tensão contínua. Estaé obtida pelo disparo dos transistores 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 motor (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

PARÂMETROS DO INVERSOR DE FREQÜÊNCIA5

Page 72: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

71

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 motor, 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:

� Valor ôhmico da resistência de frenagem;

� Corrente de limitação do inversor associado;

� 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

PARÂMETROS DO INVERSOR DE FREQÜÊNCIA5

Page 73: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

72

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 motor, 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

PARÂMETROS DO INVERSOR DE FREQÜÊNCIA5

Page 74: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

73

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, utilizando 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 independente 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.

PARÂMETROS DO INVERSOR DE FREQÜÊNCIA5

Page 75: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

74

Define os parâmetros obtidos dos dados de placa.

EXEMPLOS� P400 - Tensão do motor

� P401 - Corrente do motor

� P402 - Rotação do motor

� 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:� Não necessita de comando externo para troca de

velocidades (operador ou dispositivo de comandotemporizados);

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

� imunidade a ruído elétrico;

PARÂMETROS DO INVERSOR DE FREQÜÊNCIA5

5.4 PARÂMETROS DOMOTOR

5.5 PARÂMETROS DASFUNÇÕES ESPECIAIS

Page 76: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

75

PARÂMETROS DO INVERSOR DE FREQÜÊNCIA5

� simplificação de comandos e ajustes;� eliminação da manutenção de dispositivos de

comandos externos;� 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 utilizado 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 tubulação, 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

Page 77: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia
Page 78: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

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

Page 79: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia
Page 80: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

79

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

Page 81: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

80

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

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

Page 82: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

81

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 - X

k-1= ∆X

k (ver figura 6.4)

Figura 6.4

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

Page 83: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

82

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 de

acontecidos 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 tem surgidodiferentes tipos de técnicas 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 detecção: É 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.

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

6.2 MEDIÇÃO DEVELOCIDADE

Page 84: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

83

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 “P

e” (dois ou mais). Este

tempo é computado com a ajuda de uma base detempo “Pc” com freqüência fixa conhecida (ver figura6.6), contando os pulsos M2.

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

Figura 6.6

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

6.2.1 Algoritmo deEstimação deFreqüência

6.2.2 Algoritmo deEstimação doPeríodo

Page 85: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

84

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.

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

6.2.3 Algoritmo deEstimaçãoSimultânea dePeríodo eFreqüência

6.3 RUÍDOS

Page 86: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

85

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

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 configuração 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 nova 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

Page 87: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

86

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

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 freqüência 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 função 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.

Page 88: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

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

� Torque constante

� Potência constante

� Torque linearmente crescente

� 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

� Motor autoventilado

� Motor com ventilação independente

7.3.2 Operação acima da rotação nominal

7.3.3 Casos especiais

� Efeito da temperatura ambiente

� Efeito da altitude

7.4 Aplicações típicas� Bombas centrífugas e ventiladores

� Extrusoras

� Bobinadores/desbobinadores

Page 89: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia
Page 90: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

89

Uma das maiores fontes de problemas ao se tratar desistemas de acionamento é a aplicação inadequada dosdiversos tipos existentes. Acionamentos ca e cc têmcaracterísticas peculiares, que devem ser levadas emconta ao se fazer uma escolha. Não só as característicasde torque são diferentes, mas também háconsideráveis diferenças de custos, perturbaçõesintroduzidas na rede elétrica, fator de potência gerado,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, afim de se poder fazer uma aplicação apropriada.

O dimensionamento do acionamento é feito com baseno torque requerido pela 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 fazer umaquantidade tão grande quanto possível de perguntas,mesmo a respeito de coisas aparentementeinsignificantes. É impossível perguntar demais, e umdos segredos está em entender muito bem a aplicação.

É necessário ainda uma compreensão das relaçõesentre torque, potência, velocidade e aceleração/desaceleração, bem como do efeito de uma transmissãomecânica 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, comrotor tipo gaiola de esquilo, a menos de declaraçãoexplícita 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

Page 91: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

90

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 torque (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 (kgm2) 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, T

e 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).

APLICAÇÃO DE ACIONAMENTOS COM MOTORES DEINDUÇÃO E INVERSORES DE FREQÜÊNCIA7

7.1.2 Relações Básicas

Page 92: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

91

Figura 7.1 - Medição de torque

Exemplo:Se obtivermos uma leitura de força de 75 N (~ 7,6 kgf)a 0,6 m (600 mm) do centro do eixo de entrada, otorque 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 do númerode pólos p do motor e da freqüência máxima de saídaf (Hz) do inversor selecionado.

n = 120 * f / p(7.2)

Exemplo:Um motor de 2 pólos comandado por um inversor cujafreqüência 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)

APLICAÇÃO DE ACIONAMENTOS COM MOTORES DEINDUÇÃO E INVERSORES DE FREQÜÊNCIA7

Page 93: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

92

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 n

1 (rpm) para n

2 (rpm), em um

tempo t (s), é dado por

Td ac

= (2*π/60) * J * (n2 – n

1) / t

(7.4)

Este torque é chamado de torque dinâmico deaceleração, T

d ac . Se n

2 > n

1 (aceleração), T

d ac é

positivo, 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. A1.7, Anexo 1)

J = 1/8 x 69,3 x 0,1652 = 2,36E10–1 kgm2

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

APLICAÇÃO DE ACIONAMENTOS COM MOTORES DEINDUÇÃO E INVERSORES DE FREQÜÊNCIA7

Page 94: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

93

redutor de engrenagens, ou uma redução por polias ecorreia em V, ou ainda correia dentada. Umatransmissão mecânica tem dois parâmetros importantespara o dimensionamento do acionamento, que são: (a)a razão de transmissão i

R, e (b) a eficiência η

R . No caso

de redutores de engrenagens estes parâmetros sãofornecidos pelo fabricante do mesmo, e no caso detransmissões por polias e correias, podem sercalculados a partir dos parâmetros da transmissão(razão dos diâmetros efetivos ou razão dos números dedentes).

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 i

R,

também o torque do motor é multiplicado na mesmaproporção. Além disso, uma parte da energia que entraé consumida pelas perdas internas (atritos, ruído, etc),quantificadas pela eficiência η

R . Assim, o torque

necessário na entrada de um redutor, T1 (Nm) em

função do torque demandado na saída T2 (Nm) é dado

por

T1 = T

2 /( i

R * η

R )

(7.5)

Exemplo:Se no exemplo 4, com T

2 = 88,5 Nm, houvesse um

redutor de engrenagens de 1 estágio com razão detransmissão i

R = 1,8 e eficiência η

R = 0,85 teríamos

para 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)

APLICAÇÃO DE ACIONAMENTOS COM MOTORES DEINDUÇÃO E INVERSORES DE FREQÜÊNCIA7

Page 95: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

94

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 máquina. A carga éconstante ou variável? É necessária 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 seguintescategorias:

� 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

APLICAÇÃO DE ACIONAMENTOS COM MOTORES DEINDUÇÃO E INVERSORES DE FREQÜÊNCIA7

7.2 O QUE A CARGAREQUER ?

7.2.1 Tipos de cargas

Page 96: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

95

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).

� Potência constanteO torque inicial é elevado e diminuiexponencialmente com o aumento da velocidade. Apotência demandada permanece constante ao longode toda a faixa de variação de velocidade (figura7.2b). Isto normalmente é o caso em processos ondehá variações de diâmetro, tais como máquinas debobinamento e desbobinamento, e desfolhadores,bem como em eixos-árvore de máquinas-ferramenta. Quando o diâmetro é máximo, édemandado máximo torque a baixa velocidade. Amedida que diminui o diâmetro, diminui também ademanda de torque, mas a velocidade de rotaçãodeve ser aumentada para manter constante avelocidade periférica.

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

� 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 a potênciaé proporcional à velocidade elevada ao cubo.

APLICAÇÃO DE ACIONAMENTOS COM MOTORES DEINDUÇÃO E INVERSORES DE FREQÜÊNCIA7

Page 97: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

96

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.

APLICAÇÃO DE ACIONAMENTOS COM MOTORES DEINDUÇÃO E INVERSORES DE FREQÜÊNCIA7

Figura 7.2a - Cargas típicas (torque constante)

Figura 7.2c - Cargas típicas (torque linearmentecrescente

Figura 7.2b - Cargas típicas (potência constante)

Figura 7.2d - Cargas típicas (torque com crescimentoquadrático)

7.2.2 O pico de carga

Page 98: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

97

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 possível tomarvalores de corrente em cada uma das condições deoperação 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 partida, durante a aceleração,durante o funcionamento normal e ainda em eventuaissituações de sobrecarga. Importante também édeterminar a duração de cada uma dessas condiçõesdentro 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 deste motora 100 % da potência nominal é de 89,8 %. Isto significaque 89,8 % de 52,0 A = 46,7 A vão produzir torque. Osdemais 52,0 – 46,7 = 5,3 A vão suprir as perdas eproduzir a excitação do motor.

O torque nominal do motor pode ser calculado a partirda 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, por exemplo,corresponderá um torque de

(20 – 5,3) x 1,743 = 25,6 Nm

Este raciocínio é válido até a rotação nominal. O torquede um motor CA operando com inversor de freqüênciaacima da rotação nominal varia inversamente aoquadrado da velocidade. Logo, a uma velocidade igualao dobro da rotação nominal o motor produz apenas ¼do torque nominal.

APLICAÇÃO DE ACIONAMENTOS COM MOTORES DEINDUÇÃO E INVERSORES DE FREQÜÊNCIA7

7.2.3 Estimando cargas

Page 99: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

98

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 de ar de refrigeração disponívelquando o ventilador do motor se movimenta emvelocidades menores (motores autoventilados). Quando omotor é utilizado em aplicaçoes para controle deventiladores ou bombas centrífugas, 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 utilização 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 motor, 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.

� 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 de campo nas rotações acima danominal para motores fechados, auto-ventilados, comcarcaça de ferro-fundido, está representada na figura 7.3e equacionada a seguir:

APLICAÇÃO DE ACIONAMENTOS COM MOTORES DEINDUÇÃO E INVERSORES DE FREQÜÊNCIA7

7.3 SELEÇÃO DEACIONAMENTOS(MOTOR/INVERSOR)

7.3.1 Operação abaixo darotação nominal

Page 100: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

99

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 correspondentes acada trecho da curva da figura 7.3 são as seguintes:

A freqüência normalizada, fr , dada por

fr = f / f

n

(7.6)

sendo: f - freqüência de operação [Hz]

fn - freqüência nominal [Hz]

Para 0 <= fr < 0,25

T/Tn = 1,49 * f

r + 0,28

(7.7)

Para 0,25 <= fr < 0,50

T/Tn = 0,74 * f

r + 0,47

(7.8)

Para 0,50 <= fr < 0,83

T/Tn = 0,28 * f

r + 0,70

(7.9)

APLICAÇÃO DE ACIONAMENTOS COM MOTORES DEINDUÇÃO E INVERSORES DE FREQÜÊNCIA7

Page 101: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

100

Para 0,83 <= fr < 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 de

refrigeração 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.

� 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 independente, quegeralmente é acoplado ao motor principal porintermédio de uma flange defletora especial quepermite o suporte mecânico do motor da ventilação.

APLICAÇÃO DE ACIONAMENTOS COM MOTORES DEINDUÇÃO E INVERSORES DE FREQÜÊNCIA7

Page 102: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

101

Figura 7.4 - Característica de torque disponível x rotação em motores

com 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. Avelocidade 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

APLICAÇÃO DE ACIONAMENTOS COM MOTORES DEINDUÇÃO E INVERSORES DE FREQÜÊNCIA7

7.3.2 Operação acima darotação nominal

Page 103: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

102

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

� Altitude em que o inversor será instalado;

� Temperatura do meio refrigerante;

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

a) Altitude não superior 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:

� EFEITO DA TEMPERATURA AMBIENTEA redução da potência (corrente) nominal do inversorde freqüência, devido à elevação da temperaturaambiente, acima de 40oC e limitada a 50oC, 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 do

aumento da temperatura

APLICAÇÃO DE ACIONAMENTOS COM MOTORES DEINDUÇÃO E INVERSORES DE FREQÜÊNCIA7

7.3.3 Casos especiais

Page 104: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

103

� 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 diretamente proporcionalàs perdas e estas variam, aproximadamente, numarazão quadrática com a potência.

Segundo a norma NBR-7094, os limites de elevação detemperatura deverão ser reduzidos de 1% para cada100m de altitude acima de 1000 m.

A redução da potência (corrente) nominal do conversorde freqüência, devido à elevação da altitude acima de1000 m e limitada a 4000 m, é dada pela relação egráfico a seguir:

Fator de redução = 1 % / 100m(7.13)

Figura 7.7 - Curva de redução de potência nominal em função do

aumento da altitude

APLICAÇÃO DE ACIONAMENTOS COM MOTORES DEINDUÇÃO E INVERSORES DE FREQÜÊNCIA7

Page 105: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

104

A seguir serão tratadas algumas aplicações típicas.

� 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/m2). Oproduto da vazão pela pressão nas respectivas unidadesSI resulta na potência fluídica P

f 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 P

m (eq.

7.3) demandada pela máquina:

Pm = (2*π/60) * T * n

A bomba ou ventilador apresenta uma eficiência fluídicaη

t de acordo com a qual ela converte a energia mecânica

em energia do fluido. Pode haver ainda uma transmissãointermediária, entre motor e bomba ou ventilador, comuma eficiência característica η

t

A potência mecânica mínima a ser fornecida pelomotor será então

PM = P

f / (η

f * η

t) (7.15)

ou

PM = P

m / η

t(7.16)

APLICAÇÃO DE ACIONAMENTOS COM MOTORES DEINDUÇÃO E INVERSORES DE FREQÜÊNCIA7

7.4 APLICAÇÕES TÍPICAS

Page 106: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

105

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-se levarem conta os seguintes aspectos com relação à faixa devariação de rotação:

Para rotações acima da rotação nominal do motordeve-se tomar o cuidado de não ultrapassar a potêncianominal do motor, para que não se entre em condiçãode 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 vazão pressãoutilizam componentes limitadores (válvulas,recirculadores, dampers, etc.), e o motor opera sempreem condição de carga nominal, absorvendo potêncianominal da rede. Em sistemas de controle de vazão oupressão utilizando inversor de freqüência, a potênciaabsorvida da rede é apenas a necessária na condiçãode 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 kgm2

• 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 pelo

ventilador é

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

APLICAÇÃO DE ACIONAMENTOS COM MOTORES DEINDUÇÃO E INVERSORES DE FREQÜÊNCIA7

Page 107: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

106

Como o acoplamento é direto,

PM = P

m = 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, é

necessário determinar o torque médio da carga Tméd C

eo torque médio do motor T

méd M.

O torque médio da carga é dado por:

Tméd C

= (2 * T0 + T) / 3 = (2 * 0,11 * 320 + 320) / 3

= 130,1 Nm

O torque médio do motor é dado por

Tméd M

= 0,45 * (Tp / T

n + T

máx / T

n) * T

n

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

Tn = 395,3 Nm

Tp / T

n = 3,2

Tmáx

/ Tn = 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

- Tméd C

) = 1.008,5 Nm

Também do catálogo do fabricante do motor, obtém-se omomento de inércia de massa do rotor do motor, J

M

JM = 0,94830 kgm2

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

a

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

= 3,9 s

APLICAÇÃO DE ACIONAMENTOS COM MOTORES DEINDUÇÃO E INVERSORES DE FREQÜÊNCIA7

Page 108: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

107

O catálogo do fabricante informa que para este motor omáximo tempo com rotor bloqueado é de 6 s. Como otempo 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 o torque deacionamento na temperatura de trabalho.

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

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

� 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 problema dosobreaquecimento devido à redução da ventilação emmotores comuns. Este problema poderá ser contornadoatravés (a) do sobredimensionamento da carcaça ou (b)através da utilização de ventilação forçadaindependente.

Deve-se dar especial atenção quanto ao material a serextrudado. Determinados materiais, como plásticos(PVC) e borrachas, requerem uma elevada estabilidadeda velocidade, podendo variar menos que 1% emrelação à velocidade selecionada. Variações develocidade acarretam variações de espessura doproduto. Isto só é possível com inversores defreqüência de controle vetorial, ou acionamentos decorrente contínua. Para materiais não-críticos, comoração, fios, etc, pode-se utilizar inversores de controleescalar.

APLICAÇÃO DE ACIONAMENTOS COM MOTORES DEINDUÇÃO E INVERSORES DE FREQÜÊNCIA7

Page 109: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

108

Outro aspecto que merece 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.

� BOBINADORES/DESBOBINADORESOs 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 V

t (m/s) da bobina seja

constante durante todo o processo.

A velocidade de rotação nb (rpm) da bobina para esta

condição 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 V

t permaneça constante.

Sendo a força de tração Ft (N) também constante, o

torque resistente apresentado pela carga TC (Nm) é

dado por:

TC = F

t * r

(7.18)

Dessa forma, a medida que o raio r da bobinaaumenta, o torque resistente T

C também aumenta.

APLICAÇÃO DE ACIONAMENTOS COM MOTORES DEINDUÇÃO E INVERSORES DE FREQÜÊNCIA7

Page 110: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

109

Para o acionamento de cargas desse tipo com motor deindução e inversor de freqüência pode-se (a) utilizarsomente a faixa de rotação abaixo da rotação nominaldo 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 vezes autilização 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 de operaçãoem baixa velocidade, e em velocidade acima danominal.

APLICAÇÃO DE ACIONAMENTOS COM MOTORES DEINDUÇÃO E INVERSORES DE FREQÜÊNCIA7

Page 111: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia
Page 112: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

8INSTALAÇÃO DE INVERSORES DEFREQÜÊNCIA

8.1 Rede de alimentação elétrica

8.2 Fusíveis

8.3 Condicionamento da rede dealimentação� Filtro de rádio-freqüência

� Contatores

8.4 Interferência eletromagnética (EMI)� Conceitos básicos

8.5 Cabos

8.6 Aterramento

8.7 Dispositivos de saída� Relés térmicos

� Reatância de saída

8.8 Instalação em painéis - princípiosbásicos

Page 113: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia
Page 114: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

113

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):

� Rede de Alimentação

� Manobra e proteçãoChave SeccionadoraFusíveis de Alimentação

� Condicionamento daAlimentação

Transformador IsoladorReatância de RedeFiltro de Rádio FreqüênciaContatores

� Interferência EletromagnéticaEMI Interferência EletromagnéticaRFI Interferência de RF

� Aterramento

� Cabos

� Dispositivos de SaídaRelés TérmicosReatância

� Instalação em painéis

INSTALAÇÃO DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA8

Figura 8.1

Page 115: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

114

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:

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

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

� 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:� Minimizar falhas no inversor provocadas por

sobretensões transitórias na rede de alimentação

� Reduzir harmônicas

INSTALAÇÃO DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA8

8.1 REDE DEALIMENTAÇÃOELÉTRICA

8.2 FUSÍVEIS

8.3 CONDICIONAMENTODA REDE DEALIMENTAÇÃO

Page 116: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

115

� Melhorar o fator de potência

� Aumentar a impedância da rede vista pelo inversor.

FILTRO DE RÁDIO-FREQÜÊNCIAOs filtros de rádio freqüência são utilizados na entradados inversores para filtrar sinais de interferência (ruídoelétrico) gerado pelo próprio inversor, que serãotransmitidas pela rede e poderiam causar problemasem outros equipamentos eletrônicos.

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 inversor comoo filtro mecanicamente sobre uma placa de montagemmetálica aterrada, havendo bom contato elétrico entrea chapa e os gabinetes do filtro e inversor (ver figura8.3).

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 alimenta oinversor.

CONCEITOS BÁSICOS

O que é EMI?A radiação eletromagnética que afeta adversamente odesempenho de equipamentos 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.

INSTALAÇÃO DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA8

8.4 INTERFERÊNCIAELETROMAGNÉTICA(EMI)

Page 117: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

116

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.

INSTALAÇÃO DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA8

Page 118: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

117

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, devidoa 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 um equipamentoestá corretamente aterrado, todas as partes condutorasque podem entrar em contato com o usuário tem queter uma diferença de potencial de zero volts a respeitodo 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 e comaltas correntes – inversores) devem possuir blindagemeletromagnética e esta deve estar corretamenteaterrada. Principalmente quando são utilizados emconjunto com outros equipamentos eletrônicos.

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 minimizara radiação emitida e absorvida.

INSTALAÇÃO DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA8

Page 119: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

118

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:

� Cabo com blindagem e fio-terra, como alternativapode ser usado eletroduto metálico com fiaçãocomum interna.

� Blindagem ou eletroduto metálico deve ser aterradoconforme figura 8.1.

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

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

Cabos de Sinal e Controle:

� Cabo blindado aterrado ou eletroduto metálicoaterrado;

� Separação da fiação de potência;

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

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

INSTALAÇÃO DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA8

8.5 CABOS

Page 120: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

119

� 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).

INSTALAÇÃO DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA8

Figura 8.2 - Instalação de equipamentos

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

Corrente de Saída < 25A ≤ 100 100≤ 24A > 100 250

Corrente de Saída > 25A ≤ 30 100≥ 28A > 30 250

Page 121: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

120

Aterramento em um Único Ponto

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

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

� Nunca utilizar neutro como aterramento.

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

� 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

� Cabo com blindagem aterrada ou eletrodutometálico aterrado.

� Separado dos demais.

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

8.6 ATERRAMENTO

INSTALAÇÃO DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA8

Page 122: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

121

INSTALAÇÃO DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA8

Figura 8.3 - Montagem típica “CE” em placa metálica

� 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. Para istonão acontecer é necessário aumentar a corrente dedisparo do relé em aproximadamente 10% da correntenominal do motor.

8.7 DISPOSITIVOS DESAÍDA

Page 123: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

122

� REATÂNCIA 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 mm2.

INSTALAÇÃO DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA8

8.8 INSTALAÇÃO EMPAINÉIS - PRINCÍPIOSBÁSICOS

Page 124: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

123

INSTALAÇÃO DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA8

Os 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. Uma cordoalhaé uma conexão de baixa impedância para altasfreqüências. Mantenha as conexões de aterramento asmais curtas possíveis.

Page 125: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia
Page 126: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

9LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIAWEG

9.1 Introdução

9.2 Inversor de freqüência CFW-10

9.3 Inversor de freqüência CFW-08

9.4 Inversor de freqüência CFW-09

Page 127: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia
Page 128: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

127

9.1 INTRODUÇÃO

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

Como 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:

� Agitadores e Misturadores;

� Bombas Centrifugas;

� Bombas Dosadoras de Processos;

� Esteiras Transportadoras;

� Filtros Rotativos;

� Granuladores e Pelotizadoras;

� Máquinas de Corte e Solda;

� Máquinas de Papel;

� Mesas de Rolo;

� Secadores e Fornos Rotativos;

� Ventiladores e Exaustores;

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

� Elevada precisão de velocidade;

� Elevada precisão de torque;

� Otimização do torque de partida;

� Excelente dinâmica;

� 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

Page 129: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

128

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

� Bobinadores e Desbobinadores;

� Rebobinadeiras de Papel;

� Elevadores e Transportadores de Cargas;

� Extrusoras;

� “ Spindle “ em Máquinas-ferramenta;

� Sistemas Multimotores sincronizados;

� Guinchos, Guindastes e Pontes Rolantes;

� 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

Page 130: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

129

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

9.2 INVERSOR DEFREQÜÊNCIACFW-10

Destinados ao controle e variação da velocidade demotores elétricos de indução trifásicos, os inversoresda linha CFW-10 reúnem design moderno comtecnologia mundial, onde destacam-se o alto grau decompactação e facilidade de programação.

De simples instalação e operação, este produto dispõede recursos já otimizados em software, através deinterface homem-máquina local, que o habilitam parautilizações em controles de processos e máquinasindustriais.

PRINCIPAIS APLICAÇÕES� Bombas centrífugas� Bombas dosadoras de processo� Ventiladores / Exaustores� Agitadores / Misturadores� Esteiras transportadoras� Mesas de rolos� Secadores� Filtros rotativos� Máquinas de corte e solda

BENEFÍCIOS� Ótima relação custo/benefício� Controle com DSP (Digital Signal Processor) permite

uma sensível melhora no desempenho do inversor� Eletrônica com componentes SMD� Modulação PWM Senoidal - Space Vector Modulation� Módulos IGBT de última geração� Acionamento silencioso do motor� Interface com teclado de membrana táctil (local)� Programação flexível� Dimensões compactas� Instalação e operação simplificadas� Alto torque de partida

Page 131: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

130

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

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) e/ou motores de outros fabricantes, especificar o inversor através da corrente

nominal do motor.

TABELA DE ESPECIFICAÇÕES - CFW-10

CODIFICAÇÃO

CFW100016S1112PSZ

CFW100026S1112PSZ

CFW100016S2024PSZ

CFW100026S2024PSZ

CFW100040S2024PSZ

1,6

2,6

1,6

2,6

4,0

1

1

1

1

1

220

0,25 0,18

0,5 0,37

0,25 0,18

0,5 0,37

1,0 0,75

132 95 121 0,9

INVERSOR CFW-10

Alimentação

Tensão

de

RedeIn Saída

(A)

Dimensões(mm)

Motor Máximo Aplicável

ModeloTensão

(V)

PotênciaPeso(kg)

Alturacv kW Largura Profund.Mec.

Monofásica

110-127

200-240

Ex.: CFW100040S2024PSZInversor de Freqüência Série CFW-10 de 4,0 A, alimentação monofásica em200-240 Vca, manual em português.

1 Inversor de Freqüência Série CFW-10

2 Corrente Nominal de Saída:

110-127 V 200-240 V

0016 1,6 A 0016 1,6 A

0026 2,6 A 0026 2,6 A

0040 4,0 A

3 Fases de AlimentaçãoS = monofásico

4 Tensão de Alimentação1112 = 110-127 V2024 = 200-240 V

5 Língua do ManualP = portuguêsE = inglêsS = espanhol

6 OpcionaisS = standardO = com opcionais

7 Hardware Especial00 = não temHx = hardware especial versão X

8 Software Especial00 = não temSx = software especial versão X

9 Final do código

CFW10 0040 S 2024 P O 00 00 Z

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Page 132: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

131

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS - CFW-10

Modelo CFW-10 - Easydrive

ALIMENTAÇÃO Tensão Monofásica 110 - 127V: 110 / 127 V (+10%, -15%)

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

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

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

GRAU PROTEÇÃO Standard IP 20

CONTROLE Tipo de alimentação Fonte Chaveada

Método de controle Modulação PWM senoidal (Space Vector Modulation),

tensão imposta V / F linear ou quadrático (escalar)

Chaveamento Transistores IGBT – Freqüências ajustáveis de 2,5 KHZ até 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<100Hz); 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.)

ENTRADAS Analógicas 1 entrada isolada 0...10 V, 0...20 mA ou 4...20 mA

Digitais 4 entradas isoladas programáveis

SAÍDAS Relé 1 saída programável, (1 contato reversível (NA/NF)

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

SEGURANÇA Proteções Sobretensão e subtensão no circuito intermediário

Sobretemperatura no dissipador

Sobrecorrente na saída

Sobrecarga no motor ( i x t )

Erro de hardware, defeito externo

Curto-circuito na saída

Erro de programação

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

HOMEM-MÁQUINA Incrementa / Decrementa Freqüência ( Velocidade )

IHM Supervisão (leitura) Freqüência de saída no motor ( Hz )

Tensão no circuito intermediário ( V )

Valor proporcional à freqüência

Temperatura do dissipador

Corrente de saída no motor ( A )

Tensão de saída no motor ( V )

Mensagens de Erros / Defeitos

CONDIÇÕES Temperatura 0 ... 50 °C ( sem redução 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 Ultra Fosco - Padrão WEG 205E1404

CONFORMIDADES/ Compatibilidade EMC diretiva 89 / 336 / EEC – Ambiente Industrial (Filtro opcional)

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

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

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

FUNÇÕES Senha de habilitação para programação

ESPECIAIS Auto-diagnóstico de defeitos e Auto-Reset

Indicação de grandeza específica (programável)

Compensação de escorregamento (controle V/F)

I x R manual e automático

Curva V/F linear e quadrática ajustáveis

Função JOG (impulso momentâneo de velocidade)

Rampas linear e tipo “S” e dupla rampa

Rampas de aceleração e desaceleração (independentes)

Frenagem CC (corrente contínua)

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

Seleção do sentido de rotação

Seleção para operação Local / Remoto

Page 133: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

132

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

9.3 INVERSOR DEFREQÜÊNCIACFW-08

Destinados ao controle e variação da velocidade demotores elétricos de indução trifásicos, os inversoresda linha CFW-08 reúnem design moderno comtecnologia estado da arte mundial, onde destacam-se o

alto grau de compactação e oelenco de funções especiaisdisponíveis.

De simples instalação e operação,este produto dispõe de recursos jáotimizados em software, facilmenteparametrizáveis através deinterface homem-máquina simples,que habilitam-no para utilizaçãoem controle de processos emáquinas industriais. Além disto,utilizando técnicas decompensação de distorção de

tempo morto, o CFW-08 Plus evita instabilidade nomotor e possiblita o aumento de torque em baixasvelocidades.

PRINCIPAIS APLICAÇÕES� Bombas centrífugas� Bombas dosadoras de processo� Ventiladores / Exaustores� Agitadores / Misturadores� Extrusoras� Esteiras transportadoras� Mesas de rolos� Granuladores / Peletizadoras� Secadores / Fornos rotativos� Filtros rotativos� Bobinadores / Desbobinadores� Máquinas de corte e solda

BENEFÍCIOS� Controle com DSP (Digital Signal Processor) permite

uma sensível melhora no desempenho do inversor� Tecnologia estado da arte� Eletrônica com componentes SMD� Controle Escalar ou Vetorial Sensorless� Modulação PWM Senoidal - Space Vector Modulation� Módulos IGBT de última geração� Acionamento silencioso do motor

Page 134: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

133

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

� Interface com teclado de membrana táctil(HMI padrão e remota)

� Programação flexível� Dimensões compactas� Instalação e operação simplificadas� Alto torque de partida� Kit para instalação em eletrodutos� Opção de filtros EMC interno (classe A) e externo

(classe B)

NOTAS: 1) 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.

* Os inversores de freqüência das mecânicas 2 e 3 possuem frenagem reostática, somente a mecânica 1 não possui.

CFW080016S2024PSZ

CFW080026S2024PSZ

CFW080040S2024PSZ

CFW080016B2024PSZ

CFW080026B2024PSZ

CFW080040B2024PSZ

CFW080073B2024PSZ

CFW080100B2024PSZ

CFW080070T2024PSZ

CFW080160T2024PSZ

CFW080170T2024POH3Z

CFW080010T3848PSZ

CFW080016T3848PSZ

CFW080026T3848PSZ

CFW080040T3848PSZ

CFW080027T3848PSZ

CFW080043T3848PSZ

CFW080065T3848PSZ

CFW080100T3848PSZ

CFW080130T3848PSZ

CFW080160T3848PSZ

CFW080010T3848PSZ

CFW080016T3848PSZ

CFW080026T3848PSZ

CFW080040T3848PSZ

CFW080027T3848PSZ

CFW080043T3848PSZ

CFW080065T3848PSZ

CFW080100T3848PSZ

CFW080130T3848PSZ

CFW080160T3848PSZ

1,6

2,6

4,0

1,6

2,6

4,0

7,3

10,0

7,0

16,0

17,0

1,0

1,6

2,6

4,0

2,7

4,3

6,5

10,0

13,0

16,0

1,0

1,6

2,6

4,0

2,7

4,3

6,5

10,0

13,0

16,0

1

1

1

1

1

1

2*

2*

1

2*

2*

1

1

1

1

2*

2*

2*

2*

3*

3*

1

1

1

1

2*

2*

2*

2*

3*

3*

220

220

220

380

440

0,25 0,18

0,5 0,37

1,0 0,75

0,25 0,18

0,5 0,37

1,0 0,75

2,0 1,5

3,0 2,2

2,0 1,5

5,0 3,7

5,0 3,7

0,25 0,18

0,5 0,37

1,0 0,75

2,0 1,5

1,5 1,1

2,0 1,5

3,0 2,2

5,0 3,7

7,5 5,5

10,0 7,5

0,33 0,25

0,75 0,55

1,5 1,1

2,0 1,5

1,5 1,1

2,0 1,5

3,0 2,2

5,0 3,7

7,5 5,5

10,0 7,5

151 75 131 1,0

151 75 131 1,0

200 115 150 2,0

151 75 131 1,0

INVERSOR CFW-08

Alimentação

Tensãode

RedeIn Saída

(A)

Dimensões(mm)

Motor Máximo Aplicável

Modelo

Monofásica ou

Trifásica

Trifásica

Trifásica

Trifásica

Tensão(V)

Potência (1)Peso(kg)

Alturacv kW Largura Profund.

200/220/230/240V

380/400/415/440/460/480V

Mec.

200 115 150 2,0

151 75 131 1,0

200 115 150 2,0

203 143 165 2,5

151 75 131 1,0

200 115 150 2,0

203 143 165 2,5

Monofásica

TABELA DE ESPECIFICAÇÕES - CFW-08

Page 135: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

134

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

MODELOS E ACESSÓRIOSOPCIONAIS

PADRÃO

TCL - CFW08

MÓDULO DEINTERFACE SERIAL

KCS-CFW08

MÓDULO INTERFACEMIS-CFW08-RS

MÓDULO INTERFACEMIP-CFW08-RP

KMD-CFW08-M1

KN1-CFW08-MX

Kit opcional:Interface paraHMI remota paralela(HMI-CFW08-RP)

Modelo comHMI padrão(HMI-CFW08-P)

Modelo opcionalsem HMI(com tampa cega)

Kit opcional:Comunicação serialRS-232(KCS-CFW08)

Kit opcional:Interface paraHMI remota serial(HMI-CFW08-RS)

Kit opcional:Base de fixaçãoem trilho DIN(somente mecânica 1)

Kit opcional:Conexão emeletroduto metálico(NEMA 1)(disponível paramecânicas 1 e 2)

Page 136: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

135

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

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

INTERFACE HOMEM-MÁQUINA REMOTA

Modelo com acessório MIS-CFW8-RSde interface com HMI remota serial

HMI-CFW08-RPHMI remota

paralela

HMI-CFW08-RSHMI remota serial

CAB-RP-X

CAB-RS-X

Modelo com acessório MIP-CFW8-RP deinterface com HMI remota paralela

Modelo comKit SUPERDRIVE

KSD-CFW08

Page 137: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

136

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

1 Inversor de Freqüência Série CFW-08

2 Corrente Nominal de Saída:

3 Fases de AlimentaçãoS = MonofásicoT = TrifásicoB = Monofásico ou Trifásico

4 Tensão de Alimentação2024 = 200-240 V3848 = 380-480 V

5 Língua do ManualP = português

E = inglês

S = espanhol

6 OpcionaisS = standardO = com opcionais

7 Grau de Proteção00 = standardN1 = Nema 1

8 Interface Homem-Máquina00 = standardSI = sem interface

9 Cartão de Controle00 = standard (CFW08 standard)A1 = controle 1 (CFW08 plus)

10 Filtro de EMI00 = não temFA = filtro classe A interno

11 Hardware Especial00 = não temHx = hardware especial versão X

12 Software Especial00 = não temSx = software especial versão X

13 Final do código

Ex.: CWF080040B2024POAIZ

Inversor de Freqüência Série CFW-08 de 4,0A,alimentação monofásica ou trifásica em 200-240Vca, manual em português e cartão de controle 1(CFW-08 Plus)

220-240 V 380-480 V0016 1,6 A 0010 1,0 A0026 2,6 A 0016 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 A0170 17A 0100 10 A

0130 13 A0160 16 A

CODIFICAÇÃO

CFW08 0040 B 2024 P O 00 00 00 00 00 00 Z

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

Page 138: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

137

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS - CFW-08

Modelo CFW-08 Standard CFW-08 Plus

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

TensãoTrifásica

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 DEInversor

Standard NEMA 1 nos modelos 13 e 16 A / 380-480 V e IP 20 nos demais modelos

PROTEÇÃO Opcional NEMA 1 com kit adicional para conexão em eletroduto metálico (KN1-CFW08-MX)

IHM OpcionalIHM Remota paralela NEMA 4 (HMI-CFW08-RP

IHM Remota serial NEMA 4 (HMI-CFW08-RS)

CONTROLE Tipo de alimentação Fonte chaveada

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

Tipos de controleTensão 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%

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

Rendimento Maior que 95%

Controle de Regulação: 1% da velocidade nominal c/ compensação de escorregamento

velocidade V / F Resolução: 1 rpm (refertência via teclado)

(modo escalar) Faixa de regulação de velocidade = 1 : 20

Controle de Regulação: 0,5% da velocidade nominal

velocidade Sensorless Resolução: 1 rpm (referência via teclado)

(modo vetorial) Faixa de regulação de velocidade = 1 : 30

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

SAÍDASRelé

1 saída programável, 1 contato reversível (NA/NF) 2 saídas programáveis, 1 NA e 1 NF

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

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

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

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

SEGURANÇA Proteções Sobretensão e subtensão 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, Parametrização (Programação de funções gerais)

HOMEM- Incrementa / Decrementa Freqüência (Velocidade)

MÁQUINA JOG, Inversão de sentido de rotação e Seleção 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

Norma IEC 146 Inversores a semicondutores

Norma UL 508 C Equipamentos para conversão de energia

Norma EN 50178 Equipamentos eletrônicos para uso em instalações de potência

Norma EN 61010 Requisitos de segurança p/ equipamentos elétricos p/ uso em medição, controle e laboratórios

CERTIFICAÇÕES UL (EUA) e cUL (CANADÁ) Underwriters Laboratoriies Inc. / EUA

CE (EUROPA) SGS / Inglaterra

IRAM (ARGENTINA) Instituto Argentino de Normalização

C-Tick (AUSTRÁLIA) Australian Communications Authority

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

Page 139: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

138

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

RECURSOS /FUNÇÕES ESPECIAIS

Standard / Plus

Interface Homem-Máquina incorporada - Display de LED’s 7 segmentos

Senha de habilitação para programação

Auto-diagnóstico de defeitos e Auto-Reset

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

Compensação de escorregamento (controle V/F)

I x R manual e automático

Curva V/F linear e quadrática ajustáveis

Rotina de auto-ajuste (controle vetorial sensorless)

Frenagem reostática

Função JOG (impulso momentâneo de velocidade)

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

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 (controle 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 (Ride-through)

Unidade para comunicação ModBus RTU (incorporado)

Opcionais

Interface Homem-Máquina remota paralelaHMI-CFW08-RP

(Display de LED’s 7 segmentos)

Interface Homem-Máquina remota serialHMI-CFW08-RS

(Display de LED’s 7 segmentos)

Módulo de Interface para HMI Remota Serial MIIS-CFW08-RS

Módulo de Interface para HMI Remota Paralela MIP-CFW08-RP

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

Cabo para Interligação da HMI Remota ParalelaCAB-RP-X

(1; 2 ; 3 ; 5 ; 7,5 e 10 m)

Módulo de Comunicação Serial RS-232 KCS-CFW08

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

Software de programação via microcomputador PC SUPERDRIVE

Kit NEMA 1 para conexão de eletroduto metálico KN1-CFW08-MX

Kit para montagem em Trilho DIN KMD-CFW08-M1

Kit de fixação KFIX-CFW08-MX

Unidades para Redes de ProfiBus DP MFW-01 / PD

Comunicação FieldBus DeviceNet MFW-01 / DN

Filtro EMC com alta capacidade de atenuação (Classe A interno) –

Filtro EMC com alta capacidade de atenuação (Classe B externo) –

Page 140: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

139

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

9.4 INVERSOR DEFREQÜÊNCIACFW-09

Os inversores de freqüência WEG, série CFW-09,incorporam a mais avançada tecnologia disponívelmundialmente para acionamento de motores CA deindução trifásicos.

A tecnologia “Vectrue ” representa umavanço significativo, permitindo à novageração de inversores WEG incorporar emum único produto técnicas de controleEscalar, Vetorial Sensorless e Vetorial comEncoder, sendo facilmente programável viaparâmetro, pelo próprio usuário.

Inovações também foram introduzidaspara atender aplicações que exigemfrenagem, onde um novo recurso denomi-nado “Optimal Braking ” pode ser utiliza-do sem a necessidade de instalação deresistor de frenagem, tornando a soluçãosimples, compacta e mais econômica.

VECTRUE TECHNOLOGY

Tecnologia desenvolvida pela WEG para inversoresdestinados a aplicações de variação de velocidade emmotores CA de indução trifásicos, apresentando asseguintes vantagens:

� Controle escalar ou vetorial programáveis no mesmoproduto

� Controle vetorial com sensorless ou opcionalmentecom encoder

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

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

Page 141: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

140

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

OPTIMAL BRAKING (Patente Registrada)

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 defrenagem 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 muitas aplicaçõesaté então somente atendidas pelo método da frenagamreostática.

Esta inovação tecnológica permite obter acionamentosde alta performance dinâmica, com torques frenantesda ordem de 5 vezes o torque característico de umafrenagem CC, além da grande vantagem de dispensaro uso do resistor de frenagem.

No gráfico comprova-se as vantagens deste novométodo de frenagem “Optimal Braking “,assegurando assim uma solução ideal, otimizada e decusto reduzido para as aplicações com frenagem.

Figura 9.1 - Gráfico Torque x Rotação típico para motor de 10cv acionado

por inversor CFW-09

Page 142: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

141

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

VANTAGENS ADICIONAIS

� Microcontrolador de alta performance tipoRISC 32 bits;

� Controle Vetorial e Escalar selecionável via parâmetro;

� Interface Homem-Máquina destacável com duplodisplay (LCD e LED);

� Ampla gama de potências: 1... 1500 CV;

� Dimensionamentos para Torque Constante e TorqueVariável;

� Grau de proteção NEMA 1 / IP 20 padrão até 200 CV,IP 20 até 500 CV e NEMA 4x / IP 56 em aço inox até10 CV;

� Elevada compactação;

� Instalação e programação simplificadas;

� Posta em marcha (start-up ) orientado;

� Possibilidade de fixação via flange, com dissipadoratrás da placa de montagem;

� Programação e monitoração via microcomputadorPC com software SUPERDRIVE (opcional);

� Link DC acessível para alimentação em correntecontínua ou retificador regenerativo;

� Comunicação em redes FieldBus: ProfiBus DP ouDeviceNet (opcional). Também disponível ModbusRTU (incorporado);

� Certificações Internacionais UL e cUL, CE, C-Tick eIRAM.

Page 143: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

142

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

APLICAÇÕES

SIDERURGIA e METALURGIA

Ventiladores / ExaustoresMesas de RolosBobinadores / DesbobinadoresTransportadoresPontes RolantesPrensas / Tornos / FresasFuradeiras / RetíficasLaminadoresLinhas de CorteLinhas de Inspeção de ChapasLinhas de LingotamentoFormadora de TubosTrefilasBombas

REFRIGERAÇÃO

Bombas de ProcessoVentiladores / ExaustoresSistemas de Ar Condicionado

ELEVADORES

Elevadores de CargaElevadores de PassageirosPórticos RolantesGuindastes

SUCOS e BEBIDAS

Bombas Dosadoras / ProcessoEngarrafadorasAgitadores / MisturadoresMesas de RolosEsteiras Transportadoras

TÊXTIL

Agitadores / MisturadoresSecadores / LavadorasTeares CircularesFilatóriosMolinelos / CardasUrdideiras / MaçaroqueirasBobinadores

VIDROS

Ventiladores / ExaustoresMáquina de Fabricar GarrafasMesas de RolosEsteiras Transportadoras

SANEAMENTO

Bombas CentrífugasSistemas de RecalqueSistemas “Bloosters”

PAPEL e CELULOSE

Bombas DosadorasBombas de ProcessoVentiladores / ExaustoresAgitadores / MisturadoresFiltros RotativosFornos RotativosEsteiras de CavacoMáquinas de PapelRebobinadeiras de PapelCalandrasCoaters

CIMENTO e MINERAÇÃO

Ventiladores / ExaustoresBombasPeneiras / Mesas VibratóriasSeparadores DinâmicosEsteiras TransportadorasForno de CimentoDosadores

QUÍMICO e PETROQUÍMICO

Ventiladores / ExaustoresBombas CentrífugasBombas Dosadoras / ProcessoCentrífugasAgitadores / MisturadoresCompressoresExtrusoras de Sabão

AÇÚCAR e ÁLCOOL

Centrífugas de AçúcarBombas de ProcessoEsteiras de CanaDosadores de BagaçoEsteiras Transportadoras

ALIMENTOS e RAÇÃO

Bombas Dosadoras / ProcessoVentiladores / ExaustoresAgitadores / MisturadoresSecadores / Fornos ContínuosPeletizadorasNórias (Bovinos/Suinos/Aves)Esteiras / Monovias

CERÂMICO

Ventiladores / ExaustoresSecadores / Fornos ContínuosMoinhos de BolasMesas de RolosEsmaltadeirasEsteiras Transportadoras

MADEIRA

FaqueadeirasTornos DesfolhadoresLixadeirasCortadeiras

PLÁSTICO e BORRACHA

ExtrusorasInjetoras / SopradorasMisturadoresCalandras / PuxadoresBobinadores / DesbobinadoresMáquinas de Corte e SoldaGranuladores

Page 144: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

143

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

INTERFACEHOMEM X MÁQUINA

Interface InteligenteInterface de operação inteligente com duplodisplay, LED’s (7 segmentos) e LCD (2 linhas de16 caracteres),que permite ótima visualização a distância,além de incorporar uma descrição detalhada detodos os parâmetros e mensagens via displayLCD alfanumérico.

Idioma SelecionávelA interface de operação inteligente permiteainda que o usuário do produto escolha, para oseu melhor conforto, o idioma a ser usado paraa programação, leitura e apresentação dosparâmetros e mensagens alfanuméricas atravésdo display LCD (Cristal Líquido).

A elevada capacidade de hardware e softwaredo produto disponibiliza ao usuário váriasopções de idiomas, tais como: Português, Inglêse Espanhol, de forma a adequá-lo a quaisquerusuários em todo o mundo.

Start-up OrientadoInversores de freqüência são equipamentosdestinados ao acionamento de motores deindução, cuja adaptação e desempenho estãodiretamente relacionados às características domesmo, assim como da rede elétrica dealimentação.

Os inversores da linha CFW-09 incorporam umrecurso de programação especialmentedesenvolvido com a finalidade de facilitar eagilizar a inicialização da posta em marcha(Start-up) do produto, através de um roteiroorientado e automático, o qual guia o usuáriopara a introdução seqüencial das característicasmínimas necessárias a uma perfeita adaptaçãodo inversor ao motor acionado.

Função COPYA interface inteligente também incorpora afunção “Copy ”, a qual permite copiar aparametrização de um inversor para outros,possibilitando rapidez, confiabilidade erepetibilidade de programação em aplicaçõesde máquinas de fabricação seriada.

Display LED’s(7 segmentos)

Display LCD(cristal líquido)

Led “LOCAL”Led “REMOTO”

Led “ANTI-HORÁRIO”

Led “HORÁRIO”

Inversor “A” Inversor “B”

CFW-09 HMI HMI CFW-09

Page 145: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

144

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

FUNÇÕES DO TECLADO

Software de ProgramaçãoSUPERDRIVE

Seleciona (comuta) display entre o número doparâmetro e seu valor (posição / conteúdo),para programação.

Quando pressionada realiza a função JOG(impulso momentâneo de velocidade).

Inverte o sentido de rotação do motorcomutando entre horário e anti-horário.

Seleciona o modo de operação do inversor,definindo a origem dos comandos / referência,podendo ser Local ou Remota.

Habilita o inversor via rampa (partida). Apóshabilitado comuta as indicações do display. rpm - Volts - Estado - Torque - Hz - Amps

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

Incrementa velocidade ou número e valor deparâmetro.

Decrementa velocidade ou número e valor deparâmetro.

Software de Programação de DrivesSoftware de programação via microcomputador PC, emambiente Windows, para parametrização, comando emonitoração dos inversores CFW-09.

Permite editar parâmetros “on-line”, diretamente noinversor ou editar arquivos de parâmetros “off-line”,armazenados no microcomputador.

É possível armazenar arquivos de parâmetros de todosos inversores CFW-09 existentes na instalação. Osoftware também incorpora funções para transferir oconjunto de parâmetros do microcomputador para oinversor, como também do inversor para omicrocomputador.

A comunicação entre o inversor e omicrocomputador é feita via serial RS-232 (ponto a ponto) ou RS-405 parainterligação em rede.

Page 146: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

145

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

REDES DE COMUNICAÇÃO “FieldBus”

Interligação em Redes Rápidas

Os inversores CFW-09 podem ser interligados em redesde comunicação rápidas “FieldBus”, através dosprotocolos padronizados mais difundidosmundialmente, podendo ser:

• Profibus DP (opcional)

FIELDBUS • DeviceNet (opcional)

• Modbus RTU (software incorporado)

Destinados principalmente a integrar grandes plantasde automação industrial, as redes de comunicaçãorápidas conferem vantagens na supervisão,monitoração e controle, “on-line“ e total, sobre osinversores, proporcionando elevada performance deatuação e grande flexibilidade operacional,características estas exigidas em aplicações de sistemascomplexos e/ou integrados.

Para a interligação em redes de comunicação do tipo“FieldBus” Profibus DP ou DeviceNet, os inversoresCFW-09 permitem incorporar internamente um cartãode rede, de acordo com o protocolo desejado. Parainterligação em redes de comunicação tipo “FieldBus”Modbus RTU deverá ser utilizado conexão via interfaceRS-232 (opcional) ou RS-485 (disponível nos cartõesEBA ou EBB).

REDES “FIELDBUS”

. . .

CLP

Page 147: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

146

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

CONFIGURAÇÕES COMBARRAMENTOS CC(LINK DC)

Unidade RetificadoraGeral de Entrada

Rede de Alimentação Barramento CC Único (Link DC)

CFW-09 - HD

Os inversores CFW-09 possuem acesso ao barramentoCC ( Link DC ) interno permitindo ser configurado paraatender aplicações envolvendo a utilização de umbarramento CC único, assim como para sistemasregenerativos.

Link DC ÚnicoUtilizado para configurações em sistemas de máquinasmultimotores onde as pontes retificadoras de cadainversor são substituídas por uma única unidaderetificadora geral de entrada, através da interligaçãodos inversores por intermédio de um barramento CCúnico, proporcionando uma solução mais econômica dosistema. Esta solução proporciona ainda umaotimização do consumo energético do sistema emfunção da transferência de energia entre as unidadesinversoras.

Inversor RegenerativoUtilizado para configurações de sistemas regenerativosatravés da interligação de uma unidade retificadoraregenerativa (CFW-09-RB) ao barramento CC doinversor. Esta solução permite frenagens regenerativas,com total devolução da energia à rede durante asfrenagens, proporcionando um fator de potênciaunitário. Este inversor regenerativo destina-se àsaplicações de regime cíclico e/ou de paradas

extremamente rápidas e de elevadadinâmica, tais como: Rebobinadeiras dePapel, Centrífugas de Açúcar, Pórticos eGuindastes, etc.Além da vantagem acima esta configuraçãoelimina as correntes harmônicas naentrada do inversor, sendo útil nasaplicações onde não admite-se distorçõesharmônicas de corrente na rede dealimentação.

Inversor Regenerativo

UnidadeRetificadoraRegenerativaCFW-09 - RB

Inve

rsor

CFW

-09

- HD

Barramento CC(Link DC)Rede de

Alimentação(Esquema

ilustrativo)

1 2 3 4 n

Page 148: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

147

ACESSÓRIOS E PERIFÉRICOS

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

Interface de operação com duplo display, LED’s e LCD,com recursos completos via códigos e mensagens comtextos alfanuméricos e função Copy, para instalação local(tampa do inversor) ou remota em porta de painel.Distância máxima 5m (sem moldura) e 10m (com molduraKMR).

Interface de operação simplificada, com display deLED’s, opcional para soluções de custo reduzido, parainstalação local (tampa do inversor) ou remota em portade painel. Distância máxima 5m (sem moldura) e 10m(com moldura KMR).

Módulos de tampa cega, local (TCL) para tampa deinversor e remota (TCR) para moldura da InterfaceHomem-Máquina (HMI) remota, destinados aofechamento completo do produto quando usado sem aHMI.

Kit interface serial, para conexão do inversor CFW09 aum microcomputador PC, para uso do softwareSUPERDRIVE de programação e monitoração do inversor,ou a outros equipamentos, via comunicação serial RS-232.

Moldura para instalação / fixação de InterfaceHomem-Máquina, remota ao inversor, para transferênciade operação do inversor para a porta do painel ou paraum console da máquina. Distância máxima 10m.

Interface Homem-Máquina remota, com grau deproteção NEMA 4/IP 56, para operação remota em portade painel ou console de máquina, destinada a ambientescom incidência de água ou outros agentes agressivos (pó,fibras, cimento, etc). Distância máxima 10m.

REMOTALOCAL

Cabos com comprimento (X) de 1; 2; 3; 5; 7,5 e 10 metros.Cabos especiais com comprimentos superiores, sobconsulta.

INTERFACEHOMEM-MÁQUINA

COMPLETA(padrão)

HMI - CFW09 - LCD

INTERFACEHOMEM-MÁQUINA

SIMPLIFICADA(opcional)

HMI - CFW09 - LED

TAMPAS CEGAS

TCL - CFW09

TCR - CFW09

KIT INTERFACECOMUNICAÇÃO SERIAL RS-232

KCS - CFW09

KIT MOLDURAPARA INTERFACE REMOTA

KMR - CFW09

INTERFACEHOMEM-MÁQUINA REMOTA

NEMA 4 - LCD

HMI - CFW09 - LCD - N4

CABOS INTERLIGAÇÃOPARA INTERFACE

REMOTA

CAB - HMI09 - X

Page 149: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

148

ACESSÓRIOS E PERIFÉRICOS

O cartão PLC-01 permite com que o inversor de frequência CFW-09assuma funções de CLP e módulo de posicionamento.

Características técnicas• Posicionamento com perfil trapezoidal e “S” (absoluto e relativo)• Busca de zero máquina (homming)• Programação em linguagem Ladder através do Software WLP,

Temporizadores, Contadores, bobinas e Contatos• RS - 232 com Protocolo Modbus RTU• Relógio em Tempo Real• Disponibilidade de 100 parâmetros configuráveis pelo usuário

via Software ou HMI

Exemplo de trajetória comutilização da placa PLC1

KITS PARA REDESDE COMUNICAÇÃO

“FIELDBUS”

Profibus DP ⇒ KFB - PD

Device NET ⇒ KFB - DN

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

CARTÕES DE EXPANSÃO DE FUNÇÕES

Obs.:EBC.01 - Sem fonte para alimentação do encoderEBC.02 - Com fonte de 5Vcc para alimentação do encoderEBC.03 - Com fonte de 12Vcc para alimentação do encoder

Configuração EBA. ... EBB. ... EBC

Funções 01 02 03 01 02 03 04 05 01 02 03

Entrada de encoder • • • • • • •

Saída de encoder • • •

Serial RS-485 • • • •

Entrada analógica de 14 bits • •

Saídas analógicas de 14 bits • •

Entrada analógica isolada • • •

Saídas analógicas isoladas • • • •

Entradas e saídas digitais • • • • • • •+ termistor (PTC)

EBA 0X - CFW09

EBB . 0X - CFW09

EBC . 0X - CFW09

CONTROLADORPROGRAMÁVELINCORPORADO

CARTÃO PLC1

Especificações TécnicasEntrads/Saídas Quantidades Descrições

Entradas digitais 95 entradas 24Vcc bipolar

e 4 entradas 220 Vca ou 110VcaSaídas a relé 3 250 Vca/3 A ou 30 Vdc/3 A

Saídas transistorizadas 3 24 Vcc/50 mA

Entrada para alimentação do circuito de encoder 1 18 a 30 V

Saída para alimentação do encoder 1 15 V

Page 150: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

149

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS - CFW-09ALIMENTAÇÃO Tensão Trifásica 220 - 230 V: 220 / 230 V (+10%, -15%)

380 - 480 V: 380 / 400 / 415 / 440 / 460 / 480 V (+10%, -15%)500 - 600 V: 500 / 525 / 575 / 600 V (+10%, -15%)500 - 690 V: 500 / 525 / 575 / 600 / 690 V (+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 / IP 20 (modelos mecânicas 1 ... 8), IP 20 (modelos mecânicas 9 ... 10) ePROTEÇÃO NEMA 4x / IP 56 (modelos mecânicas até 10 CV)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 - V / 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 admissível 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) V / F Resolução: 1rpm (referência via teclado)Faixa de regulação de velocidade = 1:20

Controle de velocidade Regulação: 0,5% da velocidade nominal(modo vetorial) 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 bits

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

Controle de torque Torque Regulação: +/- 10% do torque nominal(modo vetorial) 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 programáveis isoladas: 24Vcc1 entrada programável isolada: 24Vcc �1 entrada programável isolada: 24Vcc (para termistor PTC do motor) �

Encoder incremental 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) �Protocolo Johnson Controls-N2 (opcional)

Redes “Field Bus” ModBus RTU (software incorporado) via interface serialProfibus DP ou DeviceNet via kits adicionais KFB �

SEGURANÇA Proteções Sobretensão no circuito intermediário Curto-circuito na saídaSubtensão no circuito intermediário Curto-circuito fase-terra na saídaSobretemperatura no inversor e no motor Erro externoSobrecorrente na saída Erro de autodiagnose e de programaçãoSobrecarga no motor ( i x t ) Erro de comunicação serialSobrecarga no resistor de frenagem Erro de ligação invertida (motor ou Encoder)Erro na CPU (Watchdog) / EPROM Falta de fase na alimentação (mod. > mec. 3)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 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 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)

� Opcional

Dados sujeitos a alteração sem prévio aviso.

Page 151: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

150

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS - CFW-09CONFORMIDADES / Compatibilidade EMC diretiva 89 / 336 / EEC: 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) Phoenix Test-Lab / AlemanhaIRAM (ARGENTINA) Instituto Argentino de NormalizaciónC-Tick (AUSTRÁLIA) Australian Communications Authority

INTERFACE Comando Liga / Desliga, Parametrização (programação de funções 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 digitaisTensão no circuito intermediário (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 habilitação para programaçãoDISPONÍVEIS Seleção do idioma da IHM (LCD) - Português, Inglês, Espanhol

Seleção do tipo de controle (via parâmetro): Escalar U/F, Sensorless ou com encoderAuto-diagnóstico de defeitos e auto-reset de falhasReset para programação 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 das 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 - modelos até 45A / 220-230V e até 30A / 380-480VFunção multi-speed (até 8 velocidades pré-programadas)Função ciclo automático do processoRecursos especiais: horímetro, wattímetro (kW)Regulador PID superposto (controle automático de nível, vazão, pressão, peso, etc)Seleção do sentido de rotação (horário / anti-horário)Seleção para operação Local / RemotoPartida com o motor girando (Flying Start)

Rejeição de velocidades críticas ou ressonantes (Skip Speed)Operação durante falhas momentâneas da rede (Ride-Through)ModBus RTU incorporado (necessita interface RS-232 ou RS-485)Outras opções vide opcionais a seguir:

� Opcional

Dados sujeitos a alteração sem prévio aviso.

Page 152: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

151

AD

ICIO

NA

L

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS - CFW-09RECURSOS / Opcionais Sem interface Homem-Máquina Local Modelos “SI”FUNÇÕES Interface Homem-Máquina Local Simplificada (display LED’s) HMI-CFW09-LEDDISPONÍVEIS Interface Homem-Máquina Remota NEMA 4 (display de LED’s) HMI-CFW09-LED-N4

Interface 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 - CFW09

EBA . 0X - CFW09Cartões de expansão de funções EBB . 0X - CFW09

EBC . 0X - CFW09Kits para redes de comunicação FieldBus Profibus DP KFB - PD (instalação interna ao inversor) Device Net KFB - DNKit SUPERDRIVE com interface Software SUPERDRIVEComunicação Serial RS-232 Conectores e cabos KSD - 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 Mod. 180...600A/220-230V e 380-480V DBW - 01(Unidade externa) Mod. 107...472A / 500-690V DBW - 02Kit 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

� Opcional

Dados sujeitos a alteração sem prévio aviso.

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

Page 153: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

152

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9220 /

230 V

380 /

400 /

415 /

440 /

460 /

480 V

TABELA DE ESPECIFICAÇÕES - CFW-09INVERSOR CFW-09 MOTOR MÁXIMO APLICÁVEL �

Tensão Modelo Básico Transistor Corrente Nominal (A) Tensão Torque Constante Torque Variável Mecânicada rede para Frenagem (V)

CFW-09 ... Reostática CT * VT * cv kW cv kW

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

10010 T 2223 P S PADRÃO 10 � 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 6,0 4,4 6,0 4,40024 T 2223 P S no produto 24 7,5 5,5 7,5 5,5 20028 T 2223 P S 28 10 7,5 10 7,50045 T 2223 P S 45 15 11 15 11 30054 T 2223 P S 54 68 220 V 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 50 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 240 100 75 100 750361 T 2223 P S externa 361 150 110 150 110 90003 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 1,5

10005 T 3848 P S PADRÃO 5,5 3,0 2,2 3,0 2,20009 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 7,5 20024 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 220060 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

380 V 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 90 125 900211 T 3848 P S 211 150 110 150 110 80240 T 3848 P S 240 150 110 150 1100312 T 3848 P S 312 200 150 200 150 90361 T 3848 P S OPCIONAL 361 250 185 250 1850450 T 3848 P S 450 300 220 300 220 100515 T 3848 P S 515 350 260 350 2600600 T 3848 P S com 600 450 330 450 3300686 T 3848 P S unidade 686 500 370 500 3700855 T 3848 P S externa 855 600 450 600 450

–1140 T 3848 P S 1140 800 600 800 6001283 T 3848 P S 1283 900 660 900 6601710 T 3848 P S 1710 1300 950 1300 9500003 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 1,5

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 10 7,5 10 7,50016 T 3848 P S no produto 16 12,5 9,2 12,5 9,2 20024 T 3848 P S 24 15 11 15 110030 T 3848 P S 30 36 440 V 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 300060 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 7

Page 154: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

153

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9500 /

525 /

575 /

600 /

660 /

690 V

380 /

400 /

415 /

440 /

460 /

480 V

TABELA DE ESPECIFICAÇÕES - CFW-09INVERSOR CFW-09 MOTOR MÁXIMO APLICÁVEL �

Tensão Modelo Básico Transistor Corrente Nominal (A) Tensão Torque Constante Torque Variável Mecânicada rede para Frenagem (V)

CFW-09 ... Reostática CT * VT * cv kW cv kW

0180 T 3848 P S 180 150 110 150 1100211 T 3848 P S 211 175 131 175 131 80240 T 3848 P S 240 200 150 200 1500312 T 3848 P S 312 250 187 250 187

90361 T 3848 P S OPCIONAL 361 300 220 300 2200450 T 3848 P S 450 350 260 350 2600515 T 3848 P S 515 440 450 336 450 336 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 11000002 T 5060 P S 2,9 4,2 2 1,5 3 2,20004 T 5060 P S PADRÃO 4,2 7 3 2,2 5 3,70007 T 5060 P S 7 10 5 3,7 7,5 5,5

20010 T 5060 P S Incorporado 10 12 7,5 5,5 10 7,50012 T 5060 P S no produto 12 14 10 7,5 12,5 9,20014 T 5060 P S 14 14 15 11 15 110022 T 5060 P S 22 27 20 15 25 18,50027 T 5060 P S 27 32 25 18,5 30 22 40032 T 5060 P S 32 32 30 22 30 220044 T 5060 P S 44 53 40 30 50 370053 T 5060 P S 53 63 575 50 37 60 45

70063 T 5060 P S 63 79 60 45 75 550079 T 5060 P S OPCIONAL 79 99 75 55 100 750107 T 5069 P S 107 (100) 147(127) 100 75 150 1100147 T 5069 P S Interno 147(127) 196(179) 150 110 200 150 8E0211 T 5069 P S 211(179) 211(225) 200 150 200 1500247 T 5069 P S 247(225) 315(259) 250 185 300 2200315 T 5069 P S 315(259) 343 (305) 300 220 350 2500343 T 5069 P S 343(305) 318(340) 350 250 400 300 10E0418 T 5069 P S 418(340) 472(428) 400 300 500 3700472 T 5069 P S 472(428) 555(428) 500 370 600 4500100 T 6669 P S 100 127 90 125 110 1500127 T 6669 P S 127 179 110 150 160 220 8E0179 T 6669 P S OPCIONAL 179 160 220 160 2200225 T 6669 P S 225 259 200 275 250 350

6900259 T 6669 P S com unidade 259 305 250 350 280 3700305 T 6669 P S externa 305 340 280 370 315 430 10E0340 T 6669 P S 340 428 315 430 400 5000428 T 6669 P S 428 400 500 400 500

660 /

690 V

500 /

525 /

575 /

600 V

Mec 1 Mec 2 Mec 3Mec 4

Mec 5Mec 6

Mec 7 Mec 8 Mec 10

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

NOTAS:1. As potências máximas dos motores, na tabela de espeficações, foram calculadas com base nos modelos WEG de 2 e 4 pólos.

Para motores de outras polaridades (Ex.: 6 e 8 pólos), outras tensões (Ex.: 230, 400, e 460 V) e/ou motores de outros fabricantes,especificar o inversor através da corrente nominal do motor.

2. Os modelos de inversores CFW09 de 6, 7 e 10A, na tensão 220-230 V, podem opcionalmente seralimentados por rede monofásica, sem redução de corrente (potência) nominal de saída.

3. Os modelos com correntes iguais ou superiores a 44A / 500-690V não requeremimpedância de linha mínima, porque estes modelos possuem indutor nolink CC interno.

4. Os valores apresentados entre parênteses referem-se à correntenominal de saída para alimentação em 600 e 690 V.

Page 155: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

154

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

CODIFICAÇÃO

12 Hardware especial:00 = Standard (não há)H1 ... Hn = Opcional com versão de hardware especialH1 ... HnHD = Modelos a partir de 105A na tensão 220V e a partirde 86A nas tensões 380-480V, possuem alimentação pelolink DCHC/HV = Os inversores CFW09 das mecânicas 2 até 8dispõem de uma linha de indutores para o link CC jáincorporados ao produto. Para solicitar o inversor com oindutor já montado, basta adicionar a codificação “HC”(para inversor operando em Torque Constante) ou “HV”(para inversor operando em Torque Variável).

13 Software especial:00 = Standard (não há)S1 ... Sn = Opcional com versão de software especial S1... SnSF = Protocolo Metasys N2SC = Funções para guindastesSN = Bobinador I com cálculo de forçaSL = ModBus RTU

14 Fim de código:Z = Dígito indicador de final de codificação do produto

9 Frenagem:00 = Standard (vide tabela de especificações)DB = Opcional com frenagem reostática incorporadainternamenteRB = Unidade retificadora regenerativa (modelos a partirde 105A na tensão 220V e a partir de 86A nas tensões380-480V)

10 Cartões de expansão de funções:00 = Standard (não há)A1 = Opcional com EBA . 01-CFW09A2 = Opcional com EBA . 02-CFW09A3 = Opcional com EBA . 03-CFW09B1 = Opcional com EBB . 01-CFW09B2 = Opcional com EBB . 02-CFW09B3 = Opcional com EBB . 03-CFW09B4 = Opcional com EBB . 04-CWF09B5 = Opcional com EBB . 05-CWF09C1 = Opcional com EBC . 01-CWF09C2 = Opcional com EBC . 02-CWF09C3 = Opcional com EBC . 03-CWF09PL = Opcional com cartão PLC1.01

11 Cartões para redes de comunicação “FieldBus”:00 = Standard (não há)PD = Opcional KFB - PD (Rede Profibus DP)DN = Opcional KFB - DN (Rede Device Net)

1 Inversor de freqüência WEG famíliaCFW-09

2 Corrente nominal de saída do inversorem torque constante (CT):

3 Alimentação de entrada do inversor:T = Trifásica

4 Tensão de alimentação:2223 = Faixa 220 ... 230 V3848 = Faixa 380 ... 480 V5060 = Faixa 500 ... 600 V5069 = Faixa 500 ... 690 V6669 = Faixa 660 ... 690 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 decaracterísticas)N4 = NEMA 4x IP56 (modelos até 10cv)

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

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

220 ... 230 V 380 ... 480 V 500 ... 600 V 500 ... 690 V 660 ... 690 V

0006 = 6,0 A 0003 = 3,6 A 0002 = 2,9 A 0107 = 107 A 0100 = 100 A0007 = 7,0 A 0004 = 4,0 A 0004 = 4,2 A 0147 = 147 A 0127 = 127 A0010 = 10 A 0005 = 5,5 A 0007 = 7,0 A 0211 = 211 A 0179 = 179 A0013 = 13 A 0009 = 9,0 A 0010 = 10 A 0247 = 247 A 0225 = 225 A0016 = 16 A 0013 = 13 A 0012 = 12 A 0315 = 315 A 0259 = 259 A0024 = 24 A 0016 = 16 A 0014 = 14A 0343 = 343 A 0305 = 305 A0028 = 28 A 0024 = 24 A 0022 = 22 A 0418 = 418 A 0340 = 340 A0045 = 45 A 0030 = 30 A 0027 = 27 A 0472 = 472 A 0428 = 428 A0054 = 54 A 0038 = 38 A 0032 = 32 A0070 = 70 A 0045 = 45 A 0044 = 44 A0086 = 86 A 0060 = 60 A 0053 = 53 A0105 = 105 A 0070 = 70 A 0063 = 63 A0130 = 130 A 0086 = 86 A 0079 = 79 A0142 = 142 A 0105 = 105 A0180 = 180 A 0142 = 142 A0240 = 240 A 0180 = 180 A0361 = 361 A 0240 = 240 A

0361 = 361 A0450 = 450 A0600 = 600 A0686 = 686 A0855 = 855 A

1140 = 1140 A1283 = 1286 A1710 = 1710 A

CFW09 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

Page 156: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

155

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

DIMENSÕES E PESO

TENSÃODA

REDEModelo Básico

CFW-09...

INVERSOR CFW-09

Transistor paraFrenagemReostática

Corrente Nominal(A)

CT* VT*

Tensão(V)

MOTOR MÁXIMO APLICÁVEL�

TorqueConstante (CT*) / Variável (VT*)

MECÂNICA

HP kW

0006 T 2223 P O N4 Z 6 1,5 1,1

0007 T 2223 P O N4 Z 7 2 1,5 1220

0010 T 2223 P O N4 Z 10 3 2,2

0016 T 2223 P O N4 Z 16 5 3,7 2

0003 T 3848 P O N4 Z 3,6 1,5 1,1

0004 T 3848 P O N4 Z 4 2 1,5 1

0005 T 3848 P O N4 Z 5,5 3 2,2380

0009 T 3848 P O N4 Z 9 5 3,7

0013 T 3848 P O N4 Z 13 7,5 5,5 2

0016 T 3848 P O N4 Z 16 10 7,5

220-230

380-480

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

NEMA 1 / IP 20

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

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 43300

7 835 55

8 410 975 370 80

8E 410 1145 370 115

9 688 1020 190492

10 700 1185 230

10E 700 1185 582 310

NEMA 4X / IP 56

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

1 234 360 10221

2 280 410 15

Inversores de freqüência CFW09 com grau deproteção NEMA 4x(IP56), projetados para ambientesaltamente agressivos tais como:

• Indústria química

• Petroquímica

• Frigoríficos

• Demais aplicações onde necessitam de total proteçãoao equipamento eletrônico.

PADRÃOincorporadono produto

PADRÃOincorporadono produto

Page 157: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia
Page 158: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

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 mecânica

6. Exemplos de cálculos de momento deinércia de massa� Cálculo do momento de inércia de massa

� Cálculo do momento de inércia total

Page 159: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia
Page 160: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

159

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]

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 * D2 [kgm2],(A1.1)

ou

J = π/32 * ρ * D4 * l [kgm2]

(A1.2)

CÁLCULO DO MOMENTO DEINÉRCIA DE MASSA

1. MOMENTO DEINÉRCIA DE FORMASSIMPLES

ANEXO

1

Page 161: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

160

CILINDRO OCO

J = 1/8 * m * (D2 + d2) [kgm2](A1.3)

ou

J = π/32 * ρ * (D4 - d4) * l [kgm2]

(A1.4)

PARALELEPÍPEDO

J = 1/12 * m * (a2 + b2) [kgm2](A1.5)

ou

J = 1/12 * ρ * (a3b + ab3) * l [kgm2]

(A1.6)

CÁLCULO DO MOMENTO DEINÉRCIA DE MASSA

ANEXO

1

Page 162: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

161

CONE

J = 3/40 * m * Db

2 [kgm2](A1.7)

ou

J = π/160 * ρ * Db

4 * l [kgm2]

(A1.8)

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 * e2

(A1.9)

Sendo: e – distância entre os eixos [m], eJ – momento de inércia de massa em relação

ao eixo baricêntrico

2. TEOREMA DOS EIXOSPARALELOS

CÁLCULO DO MOMENTO DEINÉRCIA DE MASSA

ANEXO

1

Page 163: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

162

Exemplo:

J1 = 1/8 * m

1 * (D

12 + d

12) [kgm2]

J2 = 1/8 * m

2 * D

12 + d

22) [kgm2]

J3 = 1/8 * m

3 * (D

22 + d

22) [kgm2]

J4 = 1/8 * m

4 * D

22 [kgm2]

ou

J1 = (π * ρ) / 32 * (D

14 – d

14) * I

1

J2 = (π * ρ) / 32 * (D

14 – d

24) * I

2

J3 = (π * ρ) / 32 * (D

24 – d

24) * I

3

J4 = (π * ρ) / 32 * D

24 * I

4

J = J1 + J

2 + J

3 + J

4 [kgm2]

Onde:

mi

- massa de cada primitiva i da peça [kg]

D1, D

2- diâmetros externos [m]

d1, d

2- diâmetros internos [m]

Ii

- comprimentos de cada primitiva i dapeça [m]

3. MOMENTO DEINÉRCIA DE FORMASCOMPOSTAS

CÁLCULO DO MOMENTO DEINÉRCIA DE MASSA

ANEXO

1

Page 164: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

163

O momento de inércia de uma massa m [kg] que semove linearmente reflete-se no seu eixo deacionamento da seguinte forma:

• Acionamento através de parafuso demovimento (fuso)

J = m * (p / 2π)2 [kgm2](A1.10)

Sendo:p – passo do fuso [m]

• Acionamento através de pinhão/cremalheira,ou tambor/cabo, ou ainda rolete/esteira

J = m * r2 [kgm2](A1.11)

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

(A1.12)

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

CÁLCULO DO MOMENTO DEINÉRCIA DE MASSA

ANEXO

1

Page 165: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

164

• Calcular o momento de inércia de massa J dovolante mostrado na figura abaixo

• Momento de inércia do volante maciçoJ

1 = (π * ρ) / 32 * d

14 * I

1

• Momento de inércia dos alívios laterais (negativo)J

2 = (π * ρ) / 32 * d

24 * (I

1 – I

2)

• Momento de inércia dos excessos laterais do cubo(positivo)

J3 = (π * ρ) / 32 * d

34 * (I

3 – I

2)

• Momento de inércia do furo do cubo (negativo)J

4 = (π * ρ) / 32 * d

44 * I

3

• Momento de inércia de um furo da almaJ

5 = (π * ρ) / 32 * d

54 * I

2

• Transposição de e) para o eixo baricêntrico dovolante

J’5 = [(π * ρ) / 32 * d

54 * I

2] + [(π * ρ) / 16 * d

52 * d

62 * I

2]

J’5 = (π * ρ) / 32 * d

52 * I

2 * (d

52 + d

62)

• Momento de inércia de massa do volanteJ = J

1 – J

2 + J

3 – J

4 – (4 * J’

5)

J = (π * ρ) / 32 * {d14 * I

1 – d

24 * (I

1 – I

2) + d

34 *

(I3 – I

2) – d

44 * I

3 – 4 * [d

52 * I

2 * (d

52 + 2 * d

62)]}

6. EXEMPLOS DECÁLCULOS DEMOMENTO DEINÉRCIA DE MASSA

CÁLCULO DO MOMENTO DEINÉRCIA DE MASSA

ANEXO

1

Page 166: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

165

• Para o sistema mostrado no diagrama abaixo,calcular o momento de inércia total referidoao eixo do motor

Dados:

JM

= momento de inércia de massa do rotor domotor [kgm2]

JP1

= momento de inércia de massa da poliamotora P

1 [kgm2]

JP2

= momento de inércia de massa da poliamovida P

2 [kgm2]

I = razão de transmissão (i = n1 / n

2)

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 + J

P1 + (1/I2) * [J

P2 + J

F + (p

F /2π)2 * (m

M +

mP)]

CÁLCULO DO MOMENTO DEINÉRCIA DE MASSA

ANEXO

1

Page 167: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia
Page 168: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

Anexo IICORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA EREDUÇÃO DA DISTORÇÃO HARMÔNICA DAREDE EM INSTALAÇÕES COM INVERSORESDE FREQÜÊNCIA

1. Introdução

2. Distorção harmônica

3. Normas relacionadas

4. Alternativas para correção do fator depotência e redução de correntesharmônicas

5. Conclusão

Page 169: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia
Page 170: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

169

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 entrada 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 empregadas para minimizaçãodestes efeitos.

1. INTRODUÇÃO

CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃODA DISTORÇÃO HARMÔNICA

ANEXO

2

Page 171: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

170

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 desprezíveis assim como as deordem múltiplas de 3 para os casos de alimentaçãotrifásica.

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 ser calculadas se conhecidosos valores da reatância de rede e das amplitudes dascorrentes harmônicas:

Vh = h . 2π . f . L

s . 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

2CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃO

DA DISTORÇÃO HARMÔNICA

Page 172: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

171

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 freqüência

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 utiliza-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

∑ Vh

2

V1

h = 2

ANEXO

2CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃO

DA DISTORÇÃO HARMÔNICA

Page 173: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

172

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:

COSφ1FP = ––––––––––––

1 + µ2

Onde:COSφ1 = fator de potência da onda fundamental

µ = distorção harmônica de corrente, definida pelaequação:

µ = –––––––––––––

ANEXO

2

∑ Ih

2

I1

h

2

CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃODA DISTORÇÃO HARMÔNICA

Page 174: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

173

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 na Tabela 1para redes monofásicas e na Tabela 2 para redestrifásicas.

2.3 OBTENÇÃO DASHARMÔNICAS DECORRENTE

Tabela 1 - Valores característicos do circuito de entrada de inversores 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 inversores 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

2CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃO

DA DISTORÇÃO HARMÔNICA

Page 175: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

174

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 dedicado para alimentar o conversor.

ANEXO

2CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃO

DA DISTORÇÃO HARMÔNICA

Page 176: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

175

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, tipo 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 speedelectrical 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 futura 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 de 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

2CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃO

DA DISTORÇÃO HARMÔNICA

Page 177: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

176

O uso de capacitores para correção de fator depotência em redes elétricas que alimentam inversoresde freqüência 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 das 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

2CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃO

DA DISTORÇÃO HARMÔNICA

Page 178: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

177

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

2CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃO

DA DISTORÇÃO HARMÔNICA

Page 179: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

178

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 percentual 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

2CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃO

DA DISTORÇÃO HARMÔNICA

Page 180: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

179

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

2CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃO

DA DISTORÇÃO HARMÔNICA

Page 181: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

180

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

2CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃO

DA DISTORÇÃO HARMÔNICA

Page 182: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

181

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

2CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃO

DA DISTORÇÃO HARMÔNICA

Page 183: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

182

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

2CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃO

DA DISTORÇÃO HARMÔNICA

Page 184: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

183

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

2CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃO

DA DISTORÇÃO HARMÔNICA

Page 185: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

184

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

2CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃO

DA DISTORÇÃO HARMÔNICA

Page 186: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

185

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

2CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃO

DA DISTORÇÃO HARMÔNICA

Page 187: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

186

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 secundários 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

2CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃO

DA DISTORÇÃO HARMÔNICA

Page 188: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

Anexo IIICHECK-LIST PARA DETALHAMENTO DAAPLICAÇÃO

Page 189: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia
Page 190: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

189

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:

Aplicação / Carga:

Dados da Aplicação

Potência 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 .................. Partidas / 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.) Rotação 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 Desejado 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: [ ] ......................................... (especificar nas Obs.) Comprimento do Cabo ⇒ ........................m

Características Desejadas no Inversor

Método 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-RápidosSoftware 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

Page 191: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia
Page 192: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

191

• IEEE Recommended Practices and requirements for

Harmonic Control in Electrical Power System, IEEE

Standard 519, 1992

• BS EN 61800-3: 1997 Adjustable Speed Electrical

Power Drive Systems Part 3. EMC Product Standard

Including Specific Test Methods

• S. Bhattacharya, T. M. Frank, D. M. Divan and B.

Banerjee, “Active Filter System Implementation”, IEEE

Industry Application Magazine, September/October

1996, pp. 47-63

• Fang Zheng Peng, “Application Issues of Active

Power Filters”, IEEE Industry Application Magazine,

September/October 1996, pp 21-30

• R. Bredtmann, R. Hanitsch and J. Schiele, “Megawatt

Asynchronous Drive With 12-Pulse Rectifier and

Active 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 Harmonic

Caracteristics”, Drivesmag On-Line Magazine

• Nicholas D. Hayes, “Understanding Your Options with

Passive Harmonic Filters in a Three-Phase System

with Drives”, Drivesmag On-Line Magazine

• Nicholas D. Hayes, “A Crash course on Drives Power

Topologies”, Drivesmag On-Line Magazine

• Roger Critchley, “Harmonics: Existing and

Forthcoming Standards and the Impact For Drives”,

Desing Products & Applications, Drives Supplement,

February, 1992, pp 42-47

• Mahesh M. Swamy, “Harmonic Reduction Using

Broad-Band Harmonic Filters”, MTE Corporation

• Mahesh M. Swamy, “Harmonic Interaction Between

1500-kVA Supply Transformer and VFD Load at an

Industrial Plant, IEEE Transaction on Industry

Applications, Vol. 34, No. 5, September-October 1998

• “Active Filter Technology for True Harmonic Current

Cancellation”, Aims Technologies Europe, Product

Catalogue

• “Drive Applied Harmonic Filters”, Trans-Coil Inc.,

Product Catalogue

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

REFERÊNCIASREFERÊNCIASREFERÊNCIASREFERÊNCIASREFERÊNCIAS

Page 193: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

192

• “RRW-01 Retificador Regenerativo”, Weg Automação

Ltda., Manual do Produto

• Manual de Motores de Indução alimentados por

Inversores de Freqüência, editado pela Weg

• Manual de Motores Elétricos, editado pela Weg

• Manual do Inversor de Freqüência CFW-05, editado

pela Weg

• Manual do Inversor de Freqüência CFW-06, editado

pela Weg

• Manual do Inversor de Freqüência CFW-07, editado

pela Weg

• Critérios para Compatibilidade Eletromagnética -

EMC, editado pela Weg

• Conservação de Energia Elétrica, editado pela Weg

• Application Manual - EMC, editado pela Eurothem

Drives

• 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 de Divulgação Tecnológica, editado pela

Weg

• Seleção e aplicação de motores elétricos 1, de

Orlando S. Lobosco, editado pela Marcombo

Boixareu Editores

• Seleção e aplicação de motores elétricos 2, de

Orlando S. Lobosco, editado pela Marcombo

Boixareu Editores

• Motores Electricos, de Jim Cox, editado pela GG

Mexico

• Motores Electricos Accionamento de Maquinas, de

Jose Roldan Viloria

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

REFERÊNCIASREFERÊNCIASREFERÊNCIASREFERÊNCIASREFERÊNCIAS

Page 194: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia

COMENTÁRIOSCOMENTÁRIOSCOMENTÁRIOSCOMENTÁRIOSCOMENTÁRIOS

Favor dirigir quaisquer comentários,

críticas ou sugestões sobre esta

publicação para:

WEG AUTOMAÇÃOSeção de Marketing

Tel. (47) 372-4672

Fax (47) 372-4424

e-mail: [email protected]

Page 195: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia
Page 196: Guia de Aplicacao de Inversores de Frequencia