ride through system - rts vtcds · conversor boost bidirecional (ativo): a mitigação pelo uso de...

VTCDs

Universidade Federal de ItajubáGrupo de Qualidade da Energia - GQEE

Professor: José Maria Carvalho [email protected]

Mestre: Rodolfo Ribeiro de [email protected]

Ride Through System - RTS

VTCDsTópicos Abordados

• Introdução

• Princípio de funcionamento

• Efeitos do afundamento de tensão no ASD

• Sensibilidade dos ASDs

• Soluções ride-through

• Aplicações e considerações finais

VTCDsIntrodução

Os acionamentos a velocidade variável (AdjustableSpeed Driver – ASDs) são equipamentos eletrônicoscapazes de controlar, de maneira precisa, a velocidade deoperação do motor, através da variação da magnitude eda frequência da tensão de alimentação do motor.

Acionamento a velocidade variável:

VTCDsIntrodução

• Controle da corrente de partida, da aceleração e davelocidade de rotação do motor;

• Ajuste do ponto de torque máximo;

• Controle de parada de processo;

• Redução do consumo de energia elétrica.

Benefícios:

VTCDsIntrodução

• A condição de subtensão e/ou sobrecorrente quenormalmente sucede os AMTs pode levar a atuaçãoda proteção ocasionando o desligamento doequipamento e a consequente parada do processo;

• Mal funcionamento do ASD levando a flutuação dotorque e da velocidade do motor e por consequência aredução da qualidade do produto final.

Preocupações:

VTCDsIntrodução

• Os custos associados aos AMTs está diretamenteligado ao tempo de parada de processo e o tempopara restabelece-lo;

• Em processos contínuos, como a fabricação de vidro,tecido e laminados, a parada do processo interferediretamente na qualidade do produto final.

Perdas econômicas:

VTCDsPrincípio de funcionamento

Seu funcionamento se resume basicamente a retificaçãoda tensão de entrada, normalmente por uma ponte a diodo deseis pulsos que depois é invertida por uma ponte completa, comchaves semicondutoras controladas a alta frequência.

VTCDsEfeitos do afundamento de tensão no ASD

• Na ocorrência do AMT, a tensão de entrada se torna menorque a tensão do capacitor, assim as correntes se anulamdevido a inversão da polaridade do capacitor;

• Quanto a tensão de entrada retorna ao valor nominal ocorreuma rápida variação da tensão do capacitor, elevando asolicitação de corrente causando picos na corrente deentrada.


• Tipo da falta;

• Impedância do alimentador;

• Conexões dos transformadores entre a concessionáriae o ramal de alimentação da planta industrial;

• Topologia do ASD;

• Condições de operação da carga.

Severidade:


• AMT do tipo A é o mais severo, leva ao menor valor de tensão.

• AMT do tipo B é o menos severo, leva ao maior valor de corrente.

Tipos de Afundamentos:

VTCDsSensibilidade dos ASDs

• Em um estudo conduzido pelo EPRI-PEAC (EletronicPower Research Institute – Power Eletronic ApplicationsCenter) foram testados 17 ASDs comerciais e 90% delesforam desligados com tensão remanescente inferior a 0.5p.u...

• Em geral, considera-se que os ASDs se sensibilizam comtensão remanescente entre 0,5 e 0,65 p.u., durante 8ms a0,5 s;

• Uma forma adequada de avaliar a suportabilidade dosASD é traçar sua curva de tolerância e comparar com ascurvas de sensibilidade dos equipamentos eletrônicos,como a SEMI F47, ITIC e CBEMA.

VTCDsSensibilidade dos ASDs

VTCDsSoluções ride-through

• Alimentação CC do sistema de controle

• Mitigação regenerativa

• Redução da velocidade e/ou da carga

• Motor com tensão reduzida

• Adição de capacitores no elo CC

• Conversores trifásicos

VTCDsAlimentação CC do sistema de controle

• Consiste basicamente na mudança da fonte primáriade alimentação do circuito de controle (ASDsantigos);

• Quando a alimentação é feita pela rede CA, o circuitoestá sujeito a toda perturbação que possa vir a ocorrerna rede;

• Quando alimentado por corrente contínua, a energiaarmazenada no capacitor pode ser suficiente para queo sistema de controle suporte o afundamento detensão por um certo intervalo de tempo.

VTCDsAlimentação CC do sistema de controle

Vantagem:

• Menor sensibilidade aos distúrbios da rede.

Desvantagem:

• O tempo que a solução será capaz de suportar osproblemas está diretamente relacionado ao tamanhodo capacitor (capacidade de armazenamento).

VTCDsMitigação regenerativa

Consiste em aproveitar a inércia da carga paratransformar o motor de indução em um gerador, ou seja,converter a energia cinética em energia elétrica para serarmazenada no capacitor do elo CC.

A energia cinética é convertida em energia elétricae transferida para o capacitor no deslocamento do ponto‘b’ para o ponto ‘c’ na curva de torque e velocidade.


• Ponto ‘a’:V e Te unitáriof=60Hzω= 1700 rpm;

• Ponto ‘b’:V e f diminuemω não varia instantemente;

• Aparece um torque negativoque desacelera até o ponto ‘d’.


Vantagens:• Apenas pequenas modificações de software;

• Não ocorre desenergização do campo magnético domotor.

Desvantagens:• Variação de velocidade e inversão de torque, por

consequência maior esforço dinâmico do motor;

• A duração é dependente da inércia da carga mecânicaacionada;

• Não é indicado para processos contínuos.

VTCDsRedução da velocidade e/ou da carga

A corrente solicitada pelo elo CC é diretamenteproporcional à variação da frequência (ventiladores ebombas).

Consiste em diminuir a solicitação de correntecom o intuito de prolongar a capacidade de alimentaçãoda energia armazenada no capacitor

VTCDsRedução da velocidade e/ou da carga

Vantagens:• Não necessita de hardware adicional;

• Para redução de 50% de carga e velocidade, oaumento no tempo de suportabilidade pode chegar a 4vezes.

Desvantagens:• A aplicação pode não aceitar operação com

velocidade/carga reduzidas;

• Somente aplicável para cargas com torque variável(ventiladores e bombas).

VTCDsMotor com tensão reduzida

Neste caso, a tensão remanescente pode chegar 0,45 p.u.

Equipamento Vac Vcc

ASD 460 V 620 VMotor de indução 230 V -

VTCDsMotor com tensão reduzida

Vantagens:• Não necessita de hardware adicional;

Desvantagens:• A tensão do ASD é o dobro da tensão nominal do

motor de 230 V;

• O isolamento do motor deve ser capaz de suportar astensões providas pelo ASD de 460 V.

VTCDsAdição de capacitores

Deve-se instalar 20 unidades de 5000 µF

,

Equipamento Vac Vcc P0 C Vcc,trip tr

ASD 460 V 620 V 10 hp 5000 µF 0,9 x Vcc 0,5 s

VTCDsAdição de capacitores

Vantagens:• Solução simples e robusta;

• Maior energia armazenada.

Desvantagens:• Custo relativamente alto, devido a necessidade de

espaço para instalação, considerações de segurança ecircuitos de carregamento adicionais;

• Maiores picos de corrente, que pode levar a atuaçãodo sistema de proteção ou danificar componentes.

VTCDsConversores trifásicos

Conversor boost unidirecional (passivo):

Consegue manter a tensão no elo CC muito próxima ao seu valor de regime permanente, mesmo frente à afundamentos severos, nos quais a

tensão remanescente chega a 0,50 p.u


Conversor boost bidirecional (ativo):

A mitigação pelo uso de conversores ativos constitui na substituição da ponte retificadora a diodo por um retificador PWM.


Vantagens:

• Oferece imunidade a afundamentos de tensão etransitórios;

• Pouca quantidade de harmônicos de corrente deentrada;

• A tensão do barramento CC pode ser reguladaconforme necessidade pelo inversor e ajustada pelousuário.


Desvantagens:

• Hardware adicional deve ser adequadamenteespecificado devido à corrente adicional absorvidadurante afundamento de tensão;

• Em caso de interrupção, o amplificador não será capazde manter o funcionamento.

VTCDsAplicações e considerações finais

• Alimentação CC do sistema de controle;

• Redução da velocidade e/ou da carga;

• Motor com tensão reduzida.

• A adição de capacitores ao elo CC.

Soluções de fácil implementação:

Soluções para pequenas cargas:


• Alguns processos não suportam variação develocidade superior a 5% por mais de 500 ms;

• Evitar o uso de mitigação regenerativa e aoperação com velocidade e/ou carga reduzida;

• Com uma pequena variação da velocidade, aalteração da característica V/Hz com ajuste detape do transformador pode ser uma alternativainteressante.

Processos que não suportam variação de velocidade:


• São recomendados para aplicação em utilizadosem processos que necessitem que o fluxo deenergia seja nos dois sentidos do conversor.

Retificadores Bidirecionais:

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F I M

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