INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAO, CINCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA CAMPUS CHAPEC CURSO TCNICO EM ELETROELETRNICA

INVERSOR DE FREQUNCIAMDULO IV COMANDOS IND II PROF. JACSON R. DREHER

Controle de velocidade O controle eletrnico da velocidade e torque desenvolvidos por motores de induo trifsicos possui inmeras aplicaes em sistemas industriais e comerciais.

Controle de velocidade em CC Inicialmente o controle de velocidade foi feito atravs de motores CC; Esta tcnica apresenta alguns inconvenientes: Altos custos com o motor e retificao; Elevadas manutenes;

Microeletrnica e Eletrnica de Potncia O avano da microeletrnica e eletrnica de potncia tem produzido componentes eletrnicos mais eficientes e mais baratos O avano destas tecnologias esto possibilitando o acionamento de mquinas com a implementao de funes complexas em tempos de processamento cada vez mais curtos

Inversor de freqncia Os inversores de freqncia vem tornando mais barato e mais fcil o controle de motores eltricos Sistemas que antes utilizavam motores CC hoje podem usar motores de induo CA A utilizao dos motores CA reduz custos, tanto do motor quanto das manutenes

Pontos positivos do inversor Fator de potncia de aproximadamente 96%; Acionamento de cargas de torque constante ou varivel; Faixa de variao de velocidade; Partida e desligamento suave (rampa).

Pontos negativos do inversor Os inversores de freqncia criam novos problemas relacionados qualidade de energia eltrica e interferncia eletromagntica

Parmetros do motor de induo trifsico Velocidade sncrona Fluxo magntico Torque IR: corrente no rotor

Potncia

Fluxo magntico O fluxo no entreferro do motor de induo trifsico proporcional tenso no estator e inversamente proporcional freqncia:

Fluxo magntico Portanto o fluxo magntico pode ser alterado da seguintes formas:

reduzido pelo decrscimo da magnitude da tenso ou elevao da freqncia elevado com a reduo da freqncia da tenso alternada aplicada ao estator mantido constante por uma variao proporcional da tenso e freqncia

Variao de tenso A magnitude da tenso da fonte poderia ser reduzida mantendo-se a freqncia constante Esse mtodo muito inconveniente porque reduziria tanto o fluxo magntico no entreferro quanto a corrente do rotor Como resultado temos um decrscimo no torque e grandes variaes de velocidade mecnica em funo da carga acoplada ao eixo

Torque X Velocidade x Tenso

* Notar a variao de torque na velocidade S5 para S1.

Inversor Escalar Um inversor escalar controla a velocidade de um motor de induo atravs da variao da freqncia e da tenso Atravs deste mtodo possvel manter o fluxo magntico e consequentemente o torque constantes

Curva V/f Imaginem que um motor AC est sendo acionado com 200 Vca em 60 Hz. Se dividirmos tenso pela freqncia (V /f) teremos: 220/60 = 3,7(aproximadamente). Para reduzirmos a velocidade a 15 Hz sem variao no torque, a tenso deve ser reduzida na mesma proporo a fim de manter V/f constante.

V 3, 7 V 55,5Vca 15

Estrutura bsica de um inversor

Estrutura bsica de um inversor A corrente alternada retificada Atravs capacitores de filtro formado um barramento DC A tenso DC alimenta seis IGBTs que so chaveados para formar uma tenso alternada na sada

Converso CC-CA Como exemplo ser mostrada a converso CCCA em um motor monofsico Os IGBTs sero representados por chaves

Converso CC-CA Fechando-se a chave TR1 e TR4 teremos uma corrente no sentido AB

I

Converso CC-CA Fechando-se a chave TR2 e TR3 teremos uma corrente no sentido BA

I

Converso CC-CA

I

I

Converso CC-CA Portanto, para aplicarmos um corrente alternada em 60 Hz, teramos que fechar as chaves TR1 e TR4 por 8,33 ms e posteriormente as chaves TR2 e TR4 por mais 8,33 ms, e assim sucessivamenteI(AB)

8,33

t(ms) 16,66

Converso CC-CA

I

I

Converso CC-CA Portanto, podemos concluir que variando o tempo de chaveamento, variamos a freqncia aplicada ao motor.

Inversor Trifsico

Inversor Trifsico No inversor trifsico, as chaves so os IGBTs A diferena que so trs fazes que tem que ser disparadas com defasagem de 120 , idntica a rede eltrica trifsica Quem controla os IGBTs so microprocessadores cada vez mais rpidos

Curva V/f A variao da frequncia pode ser obtida atravs do controle do tempo de fechamento dos IGBTs Ento, como variamos a tenso??

PWM (Pulse Width Modulation) PWM uma tcnica de modulao por largura de pulso uma tcnica de controle de potncia atravs da largura do pulso de excitao Esse controle feito atravs do seu ciclo de trabalho (duty cycle)

PWM (Pulse Width Modulation) Como exemplo, temos trs sinais de mesma amplitude (5 Vcc) e mesmo perodo (1ms)

PWM (Pulse Width Modulation) Qual a diferena entre os trs sinais?

PWM (Pulse Width Modulation) O primeiro sinal tem o seu ciclo divido em duas partes iguais: metade ativa e metade desativada. Ciclo de trabalho de 50% ou 0,5 Na segunda situao apenas 30% do total do perodo esta em ON, portanto temos um ciclo de trabalho igual a 30%. Na terceira situao um ciclo de 70%.

PWM (Pulse Width Modulation)

PWM (Pulse Width Modulation) Com essa tcnica variamos a potncia aplicada sem variarmos a tenso de alimentao5V

5V

5V

PWM (Pulse Width Modulation) Num inversor de freqncia, os IGBTs modulam o sinal da sada em PWM para obter a tenso desejada

PWM (Pulse Width Modulation) A tcnica utiliza a variao da largura do pulso para variar a tenso eficaz aplicada ao motor e tentar reproduzir neste uma tenso mais parecida com uma senide

PWM (Pulse Width Modulation)

Curva V/f Para reduzirmos a velocidade, temos que reduzir a tenso e a frequncia para mantermos o fluxo magntico e o torque constantes

Curva V/f Para freqncia baixas, a corrente constante, porm a ventilao deficiente Esse problema pode danificar o motor

Curva V/f Para aumentarmos a velocidade, temos que aumentar a tenso e a freqncia para mantermos o fluxo magntico e o torque constantes Para velocidades sncronas superiores velocidade base (nominal), a frequncia da fonte deve ser elevada (acima de 60Hz). Entretanto, no possvel elevar a tenso aplicada e o fluxo magntico no entreferro necessariamente dever ser reduzido

Curva V/f

Curva V/f

Concluses Para se manter o corrente, fluxo magntico e torque constante necessrio variar a tenso e freqncia aplicados ao motor, j que este uma carga indutiva

XL=2fL

Concluses Para freqncias baixas preciso tormar cuidado com o aquecimento do motor, j que a corrente que circula nele a corrente nominal e temos menor ventilao

Concluses Para freqncias acima da freqncia nominal do motor, temos perda de torque, j que acima dela o inversor s consegue aumentar a freqncia e no mais a tenso, reduzindo a corrente e fluxo magntico no motor.

Curva V/f