tcc inversor frequencia

1

SENAI Servio Nacional de Aprendizagem Industrial

Centro de Formao Profissional Gerson Dias

lvaro Felipe Nunes Santos

Dionnathan Silva Neves

Lucas Alexandre Gomes Lucas

Pablo Ricardo de Souza Teixeira

AUTOMATIZAO DE LINHAS AEROPERTURIAS UTILIZANDO INVERSORES DE FREQUNCIA

Pedro Leopoldo

2015

2

lvaro Felipe Nunes Santos

Dionnathan Silva Neves

Lucas Alexandre Gomes Lucas

Pablo Ricardo de Souza Teixeira

AUTOMATIZAO DE LINHAS AEROPERTURIAS UTILIZANDO INVERSORES DE FREQUNCIA

Trabalho de concluso de curso apresentado ao SENAI Servio Nacional de Aprendizagem Industrial Centro de Formao Profissional Gerson Dias, como requisito parcial obteno do certificado de Tcnico em Eletrotcnica. Orientador: Prof. Agenor Michelini

Pedro Leopoldo

2015

3

SENAI Servio Nacional de Aprendizagem Industrial

Centro de Formao Profissional Gerson Dias

Trabalho de concluso de curso intitulado Automatizao de linhas aeroporturias

utilizando inversores de frequncia, de autoria de lvaro Felipe Nunes Santos,

Dionnathan Silva Neves, Lucas Alexandre Gomes Lucas, Pablo Ricardo de Souza

Teixeira, aprovado pela banca examinadora constituda pelos seguintes membros:

______________________________________________

Orientador

______________________________________________

Supervisor

______________________________________________

Supervisor

Nota de aprovao: __________

Pedro Leopoldo, ______ / _____________________/ _______

Av. Coronel Juventino Dias, 856-Centro- Pedro Leopoldo, MG - 33600-000 - Brasil - Tel: (031) 3662-3615

4

Educai as crianas, para que no seja necessrio punir os adultos.

(Pitgoras)

As grandes ideias surgem da observao dos pequenos detalhes.

(Pedro Maia)

Se voc conhece o inimigo e conhece a si mesmo, no precisa temer o resultado de

cem batalhas. Se voc se conhece mas no conhece o inimigo, para cada vitria

ganha sofrer tambm uma derrota. Se voc no conhece nem o inimigo nem a si

mesmo, perder todas as batalhas...

(Sun Tzu)

5

RESUMO

A compreenso da forma como consumida a energia eltrica nunca foi to

necessria como nos dia atuais. Sempre nos deparamos com equipamentos em sua

maioria, consumidores de energia eltrica.

Nas empresas a economia de energia eltrica sempre vista a grosso modo, pois

sempre se pensa que reduzir na conta de energia, reduzir nos lucros , na produo,

etc. Se paradigma est sendo quebrado pela aplicao de automao em muitos

dos processos industriais, um deles o inversor de frequncia que o objetivo do

nosso estudo.

Os inversores de frequncia chegaram no mercado tendo como princpio bsico,

controlar a velocidade do processo. O controle de velocidade anteriormente era

realizado por meio de motores de rotor bobinado e banco de resistncias, o que

precisam de uma rea maior e manutenes especficas peridicas. A troca de

componentes nesse sistema uma das suas principais desvantagens.

Com a aplicao dos inversores de frequncia logo se viram muitos benefcios,

como um controle mais agudo do processo, facilidade na identificao de falhas e

diagnsticos, maior tempo de equipamento operando no processo devido

principalmente as partidas suaves que aumentaram a vida til dos equipamentos.

Mas, alm desses benefcios, o uso do inversor de frequncia est tomando outro

rumo, como o caso das aplicaes onde o mesmo proporciona controle da energia

eltrica consumida atravs de um sinais de feedback, onde pode-se empregar

menores rotaes, consumindo menos energia e produzindo o mesmo trabalho.

Essa qualidade em particular fez com que muitas empresas adotassem o emprego

dos inversores de frequncia em aplicaes como pontes rolantes, compressores,

etc. Essas aplicaes sero tratadas nesse trabalho, com o intuito de verificarmos o

quanto de economia em energia eltrica esse sistema pode proporcionar e seu

retorno de investimento.

Palavras chave : (Inversores de frequncia, Consumo, Energia eltrica, Economia)

6

LISTA DE ILUSTRAES

FIGURA 1 - Ponte rolante convencional.................................................................................12

FIGURA 2 - Sistema de levantamento...................................................................................13

FIGURA 3 - Sistema de translao da Ponte.........................................................................14

FIGURA 4 - Sistema de translao do Carro.........................................................................15

FIGURA 5 - Curva de rotao x conjugado com a variao da tenso..................................17

FIGURA 6 - Curva de rotao x conjugado com a variao da resistncia do rotor..............18

FIGURA 7 - Curva de conjugado x rotao com a variao de frequncia............................20

FIGURA 8 - Diagrama detalhado dos componentes do inversor de frequncia.....................21

FIGURA 9 - Grfico tenso x frequncia................................................................................21

FIGURA 10 - Conjugado resultante do eixo ............ ..............................................................23

FIGURA 11 - Curva conjugado x rotao...............................................................................24

FIGURA 12 - Curva conjugado X rotao das diferentes categorias.....................................25

FIGURA 13 - Diagrama eltrico do sistema de translao do prtico....................................28

FIGURA 14 - Diagrama eltrico do sistema de levantamento do prtico...............................29

FIGURA 15 Talha pneumtica( Ptio de cargas)................................................................30

FIGURA 16 Inversor de frequncia para acionamento do compressor...............................31

FIGURA 17 - Ponte rolante PR151.........................................................................................34

FIGURA 18 Motor de movimento do carro..........................................................................35

FIGURA 19 e FIGURA 20 Motor de elevao e mecanismo de freio..................................35

FIGURA 21- Motor de movimento do carrinho.......................................................................36

FIGURA 22 e 23 Motor de elevao e mecanismo de freio................................................36

FIGURA 24 e 25 Alteraodopaineldecomando..................................................................37

FIGURA 26 e 27 Acionamentos dos motores de translao do carro e da ponte...............37

FIGURA 28 e FIGURA 29- Instalao de PLCs em rede devicnet para controle dos

inversores...............................................................................................................................39

FIGURA 30 e FIGURA 31 - Painel de acionamentos dos inversores de frequncia.............40

FIGURA 32 e FIGURA 33 Armrio especfico para operao do inversor..........................42

FIGURA 34 e FIGURA 35 - Painel de acionamentos dos inversores de frequncia..............46

FIGURA 36 e FIGURA 37 Armrio especfico para operao do inversor..........................46

FIGURA 38 PLCs. Comando centralizado..........................................................................46

7

GRFICO 1 Banda presso. Sistema convencional x Inversor de frequncia....................32

GRFICO 2 Comparao consumo ano anterior x consumo com inversor de frequncia.33

GRFICO 3 Faixa de operao do motor de translao........................................................41

GRFICO 4 Faixa de operao do motor de levantamento................................................41

TABELA 1 - Rendimento de acoplamentos............................................................................27

8

SUMRIO

1 INTRODUO .................................................................................................................... 9

1.1 JUSTIFICATIVA ............................................................................................................. 10

1.2 OBJETIVO ..................................................................................................................... 11

1.2.1 Objetivo Geral ............................................................................................................. 11

1.2.2 Objetivos Especficos .................................................................................................. 11

1.3 METODOLOGIA: ........................................................................................................... 12

2. EQUIPAMENTO DE MOVIMENTAO DE CARGAS (EMC).......................................... 13

2.1 Sistema de levantamento ............................................................................................... 14

2.2 Sistema de translao da ponte ..................................................................................... 15

2.3 Sistema de translao do carro ...................................................................................... 15

3.REGULAO DE VELOCIDADE ...................................................................................... 17

3.1 Variao de nmeros de polos ....................................................................................... 17

3.1.1Variao de tenso ...................................................................................................... 18

3.1.2 Variao da resistncia do rotor .................................................................................. 19

3.1.3 Variao da frequncia de alimentao ...................................................................... 20

4. CARACTERSTICAS DO MOTOR E DA CARGA DE ACIONAMENTO ........................... 24

4.1 Conjugado ..................................................................................................................... 24

4.1.1 Conjugado do motor ................................................................................................... 25

4.1.2 Conjugado resistente da carga ................................................................................... 27

5. ACIONAMENTOS ELTRICOS E CONTROLE DE VELOCIDADE DO MOTOR DE

ROTOR BOBINADO ............................................................................................................ 29

6.APLICAO DE INVERSORES DE FREQUNCIA EM SISTEMA DE TALHA

PNEUMTICA. .................................................................................................................... 31

7.APLICAO DE INVERSOR DE FREQUNCIA EM LINHAS AEROPORTURIAS ....... 35

7.1 Configurao eltrica. .................................................................................................... 35

8. DIMENSIONAMENTO DOS INVERSORES DE FREQUNCIA ....................................... 41

8.1 Especificao dos inversores de frequncia .................................................................. 41

8.2 Configurao bsica dos inversores de frequncia ........................................................ 42

CONCLUSO ...................................................................................................................... 46

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ..................................................................................... 47

9

1 INTRODUO

Em terminais de cargas aeroporturias, o acionamento de motores eltricos se trata

de uma das principais necessidades na rea de manuteno e requer especial

ateno. Um exemplo clssico se refere aos equipamentos de movimentao de

cargas (EMC), conhecido como pontes rolantes, utilizada execuo dos movimentos

de iamento e de translao de cargas. Em terminais de cargas aeroporturias,

esses equipamentos so fundamentais quando se faz necessria o manejo de peas

e movimentao de cargas de diversas propriedades e, portanto, requerem elevada

confiabilidade.

Normalmente, o acionamento de EMC se baseia no mtodo de variao da

resistncia rotrica, uma das primeiras tcnicas de acionamento de motores de

induo trifsicos. Entretanto mtodo de acionamento implica em baixa

confiabilidade em virtude da necessidade de manuteno peridica chaves

eletromagnticas (contatores); escovas; e bancos de resistores.

Atualmente, uma alternativa ao controle da resistncia rotrica o controle por

frequncia, viabilizado pelos os avanos tecnolgicos da rea de eletrnica de

potncia aplicada na rea da eletromecnica. Uso de inversores de frequncia tem

sido amplamente disseminado, proporcionando acionamentos de altos ndices de

confiabilidade e de eficincia energtica.

Com o avano da tecnologia, novos mtodos de controle de velocidade dos motores

de induo foram sendo desenvolvidos e aprimorados. Um exemplo disso o

desenvolvimento das chaves de potncias de estado slido que so capazes de

variar unidades como tenso, corrente e frequncia para obter variao de

velocidade em mquinas de tenso em corrente alternada.

Na dcada de 60, com a disponibilidade no mercado dos semicondutores, comeou

ser desenvolvidos circuitos para a variao de velocidades em mquinas eltricas. A

partir da dcada de 80, com o desenvolvimento de semicondutores de potncia com

excelentes caractersticas de desempenho e confiabilidade, iniciou-se a implantao

de sistemas de variao de velocidade eletrnicos. Desde ento, os sistemas foram

sendo aprimorados at chegar aos conversores de frequncia, mais conhecido como

inversor de frequncia.

10

Destinados inicialmente a aplicaes mais simples, os inversores de frequncia so

atualmente encontrados nos mais diversos usos, desde o acionamento de bombas

at complexos sistemas de automao industrial. Grande parte das aplicaes como

bombas, ventiladores e mquinas simples, necessita apenas de variao de

velocidade e partidas suaves, sendo atendidas plenamente com o uso de inversores.

Entretanto, atravs de inversores de frequncia tambm possvel acionar cargas

de elevada inrcia e minimizar de correntes de partidas que causam afundamentos

de tenso.

Atualmente, os inversores de frequncia permitem a programao de rampas de

acelerao e desacelerao suaves, fornecendo ainda torque elevado, eliminando

os choques mecnicos durante as partidas, trocas de velocidade (comparado com a

comutao de resistncia dos motores de anis) e paradas suaves, uma vez que o

freio mecnico no mais atraca para frenagem (a frenagem passa a ser eltrica),

sendo utilizado apenas para estacionamento e emergncia. Desta forma, reduz-se

drasticamente as paradas para manuteno ou ajuste das sapatas de freio, quebra

de acoplamento, mancais, redutores, bem como maior facilidade e preciso de

posicionamento das cargas.

Outra vantagem dos inversores de frequncia a possibilidade de automao, pois

possuem sistema de comunicao de fcil integrao aos sistemas supervisrios,

permitindo melhor administrao do processo. Nesse contexto, busca-se atravs de

um estudo de caso propor a aplicao de inversores no acionamento do EMC.

1.1 JUSTIFICATIVA

Conforme empresas que prestam servios de modernizaes em pontes rolantes, a

substituio de motores de induo de rotor bobinado por motores de induo de

rotor gaiola de esquilo e utilizando inversores de frequncia esto proporcionando

uma alta economia de energia. Um exemplo disso o caso da modernizao em

uma ponte rolante do terminal aeroporturio de Confins/MG, que verificou uma

reduo de 50% do consumo de energia eltrica na ponte rolante. Alm disso,

observou uma melhoria significativa no fator de potncia e no custo de manuteno

do equipamento. Diante dessas vantagens da aplicao de inversores de frequncia

11

em relao aos mtodos convencionais de acionamento, seguem tambm algumas

dvidas quando ao seu correto dimensionamento:

possvel realizar a regulao de velocidade destes motores, considerando as

caractersticas do torque resistente no eixo com a variao da frequncia da rede de

alimentao?

Qual a faixa de velocidade necessria para a operao do equipamento com a

aplicao desta nova tcnica?

Qual o tipo de inversor mais apropriado para este equipamento?

Ao longo desse trabalho objetiva-se explorar e elucidar algumas dessas questes,

atravs de um estudo de caso referente aplicao de inversores de frequncia no

acionamento de um equipamento de movimentao de carga.

1.2 OBJETIVO

1.2.1 Objetivo Geral

Anlise da aplicao de inversores de frequncia em acionamento de equipamentos

de movimentao de cargas utilizados em unidades terminais aeroporturias e

propor mtodo de economia de energia.

1.2.2 Objetivos Especficos

Os objetivos especficos deste trabalho so:

a-) Estudar os aspectos tericos sobre os motores de induo trifsicos com

inversores de frequncia e os mtodos de acionamentos empregados;

b-) Propor e dimensionar um inversor de frequncia de acordo com as

caractersticas de operao verificadas.

12

1.3 METODOLOGIA:

Mostrar atravs da construo e anlise crtica de grficos os fatores mais

relevantes em estudo.

Aps detectar o problema propor solues para resoluo dos mesmos e mostrar

atravs de anlise financeira a importncia e impacto na economia de energia

eltrica que um sistema com movimentao de cargas utilizando inversores de

frequncia pode trazer a empresa.

Elaborar concluso convincente da implantao do projeto

13

[1] Disponvel em < www.alphateccranes.com.br823 621> acesso em 22 maro de 2015.

2. EQUIPAMENTO DE MOVIMENTAO DE CARGAS (EMC)

Os Equipamentos de Movimentao de Cargas (EMC) so estruturas metlicas

utilizadas para realizar o manuseio e o transporte de cargas, sendo comumente

empregados em indstrias cimenteiras, siderurgias, portos, mineradoras e indstrias

em geral. Esto divididas em duas categorias principais: Ponte rolante e prticos

rolantes.

O prtico rolante possui a mesma finalidade da ponte rolante, porem so

diferenciados apenas no apoio de suas caixas de rodas que esto em contato com o

solo. Este equipamento utilizado, em sua maioria, na movimentao de materiais

em ptios externos. J a ponte rolante utilizada para movimentao de cargas em

locais fechados, onde as rodas so apoiadas na prpria estrutura da instalao civil,

na qual dimensionada para suportar as cargas adicionais da ponte. A FIG.1

representa esquematicamente uma ponte rolante convencional, similar a que ser

estudada.

Figura 1 - Ponte rolante convencional

Fonte: Alphatec [1]

14


Como pode-se observar na FIG.1, o movimento vertical ou de subida e descida da

carga executado pelo sistema de levantamento, o movimento horizontal

perpendicular as laterais do prdio executado pelo sistema de translao do carro

e o movimento longitudinal executado pelo sistema de translao da ponte.

2.1 Sistema de levantamento

A FIG.2 representa os componentes principais do sistema de levantamento de uma

ponte rolante.

Figura 2 - Sistema de levantamento

Fonte: Alphatec [2]

O motor trifsico de induo, normalmente tipo rotor bobinado, interligado, atravs

do eixo, a dois freios: Freio tipo magntico e freio de Foucault. O freio magntico

composto por uma bobina magntica que quando energizada libera o sistema

mecnico de frenagem. J o freio de Foucault tem a funo de controlar a

velocidade mxima de descida da carga, evitando que o mecanismo de descida

dispare e atinja velocidades maiores do que a do projeto. O eixo do motor tambm

15


interligado a um redutor de velocidade e conectado mecanicamente ao tambor, que

contm os cabos de ao dispostos de uma maneira que realiza o iamento da carga.

2.2 Sistema de translao da ponte

Atravs da FIG.3 pode verificar os componentes bsicos do sistema de translao

da ponte rolante.

Figura 3 - Sistema de translao da Ponte

Fonte: Alphatec [3]

Na FIG.3 observa-se que o freio magntico est acoplado no motor trifsico de

induo com rotor bobinado. O freio magntico opera com o mesmo princpio do

sistema de levantamento. O motor est interligado, atravs do eixo, no sistema de

reduo de velocidade, que por sua vez, est conectado ao eixo das rodas motriz. O

movimento realizado paralelamente ao caminho de rolamento, conforme a FIG.1

2.3 Sistema de translao do carro

Os componentes fundamentais do sistema de translao do carro so demonstrados

na FIG.4.

16


Figura 4 - Sistema de translao do Carro.

Fonte: Alphatec [4]

O princpio de funcionamento e os componentes bsicos deste sistema so

semelhantes ao sistema de translao da ponte. Porm o sentido de movimento do

carro perpendicular ao movimento do carrinho, conforme se pode ver na figura

anterior.

17

3.REGULAO DE VELOCIDADE

Ao dimensionar um motor eltrico importante observar a faixa de velocidade

admitida pela carga mecnica acoplada ao seu eixo. Caso esta faixa estiver fora do

permitido necessrio ajustar a velocidade do eixo do motor de induo trifsico

para um valor apropriado a carga mecnica acoplada.

A velocidade no eixo dos motores de induo trifsico est relacionada basicamente

com a velocidade sncrona do campo do estator e o escorregamento entre a

velocidade do rotor e estator, conforme a equao (1) abaixo. Assim sendo,

possvel mudar o valor da velocidade do eixo (n) variando o valor de

escorregamento (s) ou o valor da velocidade sncrona(ns).

(1)

Portanto, conforme a equao (1), a variao do escorregamento obtida com a

variao da resistncia do rotor, enquanto que a variao da velocidade sncrona

determinada pela variao da frequncia ( f ) de alimentao ou do nmero de pares

de polos (p) do motor.

3.1 Variao de nmeros de polos

O mtodo da variao de nmeros de polos consiste na aplicao de um motor de

induo trifsico de polos variveis. Nestes motores, o enrolamento do estator

projetado de modo que, uma simples mudanas nas ligaes das bobinas, o nmero

de polos alterado. Esta mudana resulta na variao do nvel da tenso de fase de

cada bobina, que modifica os nveis de densidade de fluxo no entreferro, que por

sua vez, altera o conjugado do motor. Neste caso, o rotor deve ser tipo gaiola de

esquilo, no qual permite uma fcil adaptao com qualquer quantidade de polos

estarricos.

Na prtica este mtodo funciona com o motor partindo numa baixa velocidade e,

aps uma temporizao pr-ajustada, o circuito de controle do acionamento permite

a comutao para a maior velocidade, possibilitando uma acelerao suave no

18

[5] Disponvel em acesso em 1 maro de 2015.

movimento. Portanto neste mtodo, a regulao de velocidade discreta e sem

perdas. Porm a carcaa deste motor ser maior do que a de um motor de

velocidade nica, devido a grande quantidade de bobinas envolvidas em seu

enrolamento

3.1.1Variao de tenso

O conjugado desenvolvido por um motor de induo trifsico diretamente

proporcional ao quadrado da tenso aplicado nos terminais de alimentao do

circuito do estator, isto , se a tenso no estator for reduzida, o conjugado

reduzido e com isso a rotao tambm assume um valor menor, como mostrado

na FIG.5.

Figura 5 - Curva de rotao x conjugado com a variao da tenso.

Fonte: Engenheiros associados [5]

A linha tracejada representa o conjugado da carga resistente no eixo do motor. A

rotao ser reduzida, para um valor (n), no instante em que a curva caracterstica

do conjugado do motor coincidir com a curva caracterstica do conjugado da carga.

Geralmente, este mtodo utilizado em motores de ventiladores de pequeno porte.

19

[6] Disponvel em < http://pt.slideshare.net/SamuelRibeiro1/maquinas-assincronas> acesso em 1 maro de 2015.

A desvantagem deste sistema o baixo rendimento, quando utilizado com um alto

torque, e o controle de velocidade limitado a uma pequena faixa de variao

3.1.2 Variao da resistncia do rotor

O sistema de controle de velocidade com resistor no secundrio dos motores de

induo trifsicos de anis (rotor bobinado) baseia-se na variao do valor da

resistncia no circuito do enrolamento do rotor, isto , ao aumentar o valor da

resistncia do rotor, aumenta o valor do escorregamento e o motor funcionar com

uma baixa velocidade e com um alto torque conforme detalhado na seguinte

equao e na curva de conjugado versus rotao na FIG.6.

(2)

Figura 6 - Curva de rotao x conjugado com a variao da resistncia do rotor.

Fonte: Slide share [6]

20

O motor de induo trifsico de rotor bobinado tem-se enrolamentos trifsicos no

estator e no rotor. O contato entre o rotor e o meio externo feito por escovas

conectadas a anis fixos no eixo do rotor, aos quais esto ligados s terminaes do

bobinado do rotor, permitindo a conexo com bancos de resistores em srie.

O funcionamento deste sistema realizado atravs do comando de uma chave

mestre com vrias posies. Na primeira posio o motor parte conectado com um

alto valor de resistncia inserida no rotor e como consequncia tem baixa velocidade

e alto escorregamento e torque. Com o aumento da posio da chave, os resistores

inseridos no rotor so desconectados do circuito, gradativamente a velocidade

aumentada. A utilizao de rels de tempo obtm-se um retardo na conexo dos

resistores, independente da rapidez das manobras na chave pelo operador, evitando

elevados picos de correntes e possibilitando uma acelerao suave no acionamento

do motor.

A principal desvantagem deste mtodo de variao de velocidade est no baixo

rendimento em velocidades reduzidas, devido que as perdas no rotor so elevadas.

Alm disso, estes motores necessitam de atividades de manutenes constantes

comparados com os motores de gaiola de esquilo.

3.1.3 Variao da frequncia de alimentao

O inversor de frequncia realiza o controle de velocidade atravs da variao da

frequncia no circuito do estator, variando a velocidade do campo girante. Desta

forma, o comportamento do motor, que corresponde a sua curva de conjugado

versus rotao, permanece com a mesma caracterstica. Entretanto, observado

que, a curva limitada pela rotao, dependendo do valor da frequncia aplicada.

Esta curva representada pela FIG.7. A variao de rotao em um motor de

induo trifsico deve atender a lei de Faraday, que diz: O valor da tenso induzida

em uma simples espira de fios proporcional razo de variao das linhas de

fora que passam atravs daquela espira. Conforme mostram as equaes (3) e

(4).

21

[7] Disponvel em acesso em 12 abril de 2015.

Figura 7 - Curva de conjugado x rotao com a variao de frequncia.

Fonte: Mecatrnica atual [7]

(3)

Para o motor operar com um torque constante em diferentes velocidades, o inversor

varia a frequncia f1 proporcionalmente com a variao da tenso V1, mantendo

desta forma, o fluxo magnetizante no motor (m ) constante.

(4)

Dentre vrios tipos de inversores de freqncia que existem no mercado atual, a

FIG.8 mostra um esquema com os componentes bsicos de um inversor de

freqncia comercial. Os componentes bsicos de um inversor de frequncia so

retificador, barramento DC, unidade de controle e inversor. O retificador recebe da

fonte de alimentao o sinal de tenso alternada trifsica e, atravs de uma ponte de

diodos tipo onda completa, converte para uma tenso contnua pulsante. Os

capacitores do barramento DC filtram essa tenso em contnua. O inversor recebe a

tenso contnua e, com uma ponte conversora de IGBTs, converte para tenso

alternada com amplitude e frequncia varivel, conforme a configurao

determinada pela unidade de controle.

22

[8] Disponvel em < http://www.mecatronicaatual.com.br/educacao/1003-inversores-de-freqncia >acesso em 9 maro de 2015. [9] Disponvel em < http://www.ebah.com.br/content/ABAAAekx8AI/inversores-final?part=2> acesso em 12 de abril de 2015.

Figura 8 - Diagrama detalhado dos componentes do inversor de frequncia.

Fonte: Mecatrnica atual [8]

A unidade de controle, alm de armazenar os dados e parmetros do equipamento

tambm executa a funo de gerar pulsos de disparo em PWM para o chaveamento.

Os controles dos inversores so classificados, basicamente, por dois mtodos de

controle: o controle escalar e o controle vetorial. O controle escalar, tambm

conhecido como controle de volts/hertz, trabalha com o conceito original de

conversor de frequncia. O objetivo deste controle manter a relao entre tenso e

frequncia constante, ou seja, manter o fluxo magnetizante aproximadamente

constante. A FIG.9 mostra a relao entre a tenso e a frequncia utilizando o

controle escalar

Figura 9 - Grfico tenso x frequncia

Fonte: Ebah [9]

23

Este tipo de controle aplicado quando no h necessidade de respostas rpidas a

comandos de torque e velocidade. Alm disso, o controle escalar regula somente a

velocidade do motor de induo trifsico, no tendo controle sobre o torque

desenvolvido e nem conhecimento da dinmica do processo sob controle. Desta

forma este tipo de controle utilizado em aplicaes normais que no requerem

elevada dinmica, elevada preciso e nem controle de torque, ao qual se torna um

sistema de baixo custo.

Outra caracterstica do controle escalar que a regulao de velocidade do motor

de induo trifsico deve ser realizada na faixa de 10 a 60 Hz. Neste caso, para

baixas frequncias, o torque do motor geralmente reduzido, pois a queda de

tenso afeta significativamente a magnitude da corrente de magnetizao, na qual

responsvel pelo fluxo da mquina rotativa. O controle vetorial recomendado em

aplicaes onde necessrio alto desempenho dinmico, respostas rpidas e alta

preciso na regulao de velocidade. Este controle parte do princpio de decompor a

corrente solicitada pelo motor em vetores que representam o torque e o fluxo

magntico do motor, possibilitando a regulao do torque e mantendo constante o

fluxo magntico em V/Hz.

O controle vetorial de mquinas assncronas pode ainda ser dividido em: malha

aberta e com realimentao. O controle vetorial em malha aberta no utiliza

sensores para verificar o seu desempenho na regulao da velocidade. Isto , o

controle feito com a medio das grandezas eltricas internas ao inversor,

estimando o valor da velocidade e torque em que o motor est operando. Este tipo

de controle superior ao escalar, pois o inversor realiza um controle de velocidade

mais preciso inclusive em baixas velocidades O controle vetorial em malha fechada

utiliza sensores de corrente e de velocidade que verificam o desempenho do

inversor e realizam, no mesmo instante, as correes necessrias no controle da

rotao e do torque do motor. Este controle mais preciso tanto na regulagem da

rotao quanto na regulagem do torque.

24

4. CARACTERSTICAS DO MOTOR E DA CARGA DE ACIONAMENTO

4.1 Conjugado

O conjugado, tambm chamado de torque ou binrio, o produto da fora tangencial

F e o raio do centro de um objeto em que se deseja girar. Como ilustrado na FIG

10 abaixo e detalhado na seguinte equao (5).

Figura 10 - Conjugado resultante do eixo

Fonte: Elaborado pelo autor

T= F x r (5)

A unidade do conjugado utilizada no sistema internacional de unidades (SI)

Newton. Metro (N.m). A propsito, o conjugado tambm est relacionado com a

velocidade angular, em radianos por segundos, e a potncia, em watts, envolvida

neste sistema. A equao (6) a seguir mostra esta relao .

P= T x (6)

Alm disso, essa equao pode ser representada atravs da seguinte equao (7),

onde a rotao convertida de rad/s para RPM .

P= (/15) x x T (7)

Portanto, com a aquisio destes conhecimentos bsicos de conjugado e potncia,

necessrio ter o conhecimento das caractersticas do conjugado do motor e da

carga, com intuito de auxiliar na seleo do correto acionamento do equipamento.

25

[10] Disponvel em acesso em 1 de maro de 2015.

4.1.1 Conjugado do motor

No dimensionamento de um motor de induo trifsico importante obter os valores

mximos e mnimos do conjugado fornecido pelo mesmo. Estes valores so

representados atravs da curva conjugado versus rotao, FIG.11, onde verificado

os vrios nveis de conjugados desde a partida da mquina, escorregamento, at a

mesma chegar a rotao nominal.

Figura 11 - Curva conjugado x rotao.


No instante da partida da mquina, com escorregamento unitrio, encontra-se o

conjugado com rotor bloqueado (Cp). Este ponto interessante obter um valor alto,

onde o motor possa vencer a inrcia inicial da carga e possa aceler-la rapidamente

. O menor conjugado desenvolvido pelo motor o conjugado mnimo (Cmin). Este

valor no deve ser muito baixo, a fim de evitar partidas demoradas que sobre

aquecem o motor, especialmente nos casos de partidas com alta inrcia ou com

tenso reduzidas. Como o prprio nome diz, o conjugado mximo (Cmax), o

mximo conjugado desenvolvido pelo motor. Neste ponto o conjugado deve ser o

mais alto possvel, pois o motor deve ser capaz de vencer eventuais picos de cargas

resistentes ou no deve perder bruscamente a velocidade na ocorrncia de quedas

de tenses.

26

[11] Disponvel em < http://pt.slideshare.net/jorgeantonio961556/slides-cursoweg-101023214304motores> acesso em 1 maro de 2015.

O Conjugado nominal ou de plena carga (Cn) o conjugado desenvolvido pelo

motor potncia, tenso e frequncia nominal. Conforme a aplicao, os motores de

induo trifsicos so fabricados com suas curvas de conjugado versus rotao

diferenciada por categorias. Estas categorias so normatizadas pela NBR 7094

sendo mostrado na FIG. 12.

Figura 12 - Curva conjugado X rotao das diferentes categorias


A categoria N constitui a maioria dos motores encontrados no mercado e possuem

como principal caracterstica o conjugado de partida normal, corrente de partida

normal e baixo escorregamento.

Para cargas que exigem maior conjugado na partida utilizada a categoria H, que

possui conjugado de partida alto, corrente de partida normal e baixo

escorregamento.

J na categoria D, os motores possuem o conjugado de partida alto, corrente de

partida normal e alto escorregamento. Estes so usados onde a carga resistente

apresenta picos peridicos e cargas que necessitam de conjugados de partida muito

alta e corrente de partida limitada.

27

4.1.2 Conjugado resistente da carga

O conjugado resistente da carga o conjugado requerido pela carga no eixo do

motor. Este conjugado apresenta diversas formas, dependendo do tipo de carga

acionada pelo motor, conforme a equao (8) a seguir:

(8)

Onde Cc representa o valor do conjugado da carga em N.m com o escorregamento

unitrio. J ko e n constituem respectivamente a constante dependente da carga e a

velocidade de acionamento. Alm disso, observado na equao (8) que o

conjugado da carga varia com a rotao n. Esta variao depende do parmetro x,

isto , caso o parmetro x for zero o conjugado da carga constante, sendo 1 o

conjugado torna-se linear, 2 quadrtico e por fim - 1 no formato hiperblico.

Porm, entre o eixo do motor e a carga resistente, podem ser evidenciados

acoplamentos que alteram os parmetros de conjugado e rotao. Portanto o

conjugado requerido pela carga deve ser referido ao eixo do motor, conforme a

equao (9) a seguir:

(9)

(10)

Onde representa o rendimento total dos acoplamentos, Cc o conjugado resistente

da carga e R a relao de transformao entre a carga e o motor. A relao R

detalhada na equao (10), a qual indica que: nc/ nn a relao de rotao entre a

carga resistente e a rotao nominal do motor; Cn/Cc a relao entre o conjugado

do motor e o conjugado da carga resistente; e dn /dc a relao entre os dimetros

das polias ou a quantidade de dentes das engrenagens referente ao eixo do motor e

ao eixo da carga.

A TAB. 1 mostra o rendimento de alguns tipos de acoplamento mais utilizados.

28

[12] Disponvel em acesso em 2 de maro de 2015.

Tabela 1 - Rendimento de acoplamentos

Fonte: April LDA [12]

29

[13} Disponvel em < http://eletricaesuasduvidas.blogspot.com.br/2011/03/partida-por-aceleracao-rotorica-motor.html> acesso em 13 de abril de 2015.

5. ACIONAMENTOS ELTRICOS E CONTROLE DE VELOCIDADE DO MOTOR

DE ROTOR BOBINADO

Como o motor de induo trifsico utilizado tipo rotor bobinado, o sistema de

controle de velocidade realizado atravs da insero de resistores no circuito do

rotor, conforme o diagrama trifilar da FIG.13.

Figura 13 - Diagrama eltrico do sistema de translao do prtico.

Fonte: Eltrica e suas dvidas [13]

O funcionamento do sistema de translao do prtico realizado atravs do

acionamento de contatores. Os contatores C1 e C11 realizam a partida e o sentido

de rotao do motor M1, isto , o movimento para a direita acionado pelo contator

C1 e a direo para a esquerda pelo acionamento do contator C11. Os contatores

C12 a C16 so responsveis pela variao da resistncia eltrica no rotor do motor,

ou seja, o motor parte com os contatores no acionados e com o valor mximo de

resistncia no rotor, ao aumentar a velocidade pelo acionamento da chave do

operador, os contatores so acionados e diminuem o valor da resistncia do circuito

do rotor e aumentam a velocidade no eixo do motor. A bobina eletromagntica do

freio (FEM1) alimentada juntamente com o motor, liberando a frenagem do eixo do

motor. Ao desligar o motor, a bobina ser desenergizada e o freio ser acionado,

limitando o movimento de inrcia do prtico.

O sistema de levantamento de cargas do prtico, figura 14, tambm funciona com o

acionamento de contadores. Porem possui um sistema eletrnico, chamado

POSITRON, que auxilia no controle de velocidade do motor de induo trifsico.

Este sistema solicitado quando ajustada a chave, na cabine do operador, ou

botoeira de acionamento manual com controle remoto, para o modo automtico. No

modo manual o funcionamento semelhante ao circuito anterior da figura 14.

30

[14] Disponvel em < http://eletricaesuasduvidas.blogspot.com.br/2011/03/partida-por-aceleracao-rotorica-motor.html> acesso em 13 de abril de 2015.

Figura 14 - Diagrama eltrico do sistema de levantamento do prtico.

Fonte Eltrica e suas dvidas [14]

No modo automtico o operador seleciona a velocidade mxima em que se deseja

operar a ponte. O circuito eletrnico positrom verifica a velocidade atravs de

tacogerador (FVC) e limitam o acionamento dos contatores C22 a C 26 para o valor

mximo de operao na velocidade ajustada. Com a atuao do freio de Foucault,

torna a movimentao mais suave, compensando os solavancos, ocasionados pelo

acionamento dos contatores. Os contatores C2 e C21 possuem o funcionamento

semelhante ao contatores C1 e C11 do circuito da figura 31. A diferena est no

sentido da movimentao: C2 realiza o movimento de subida e C21 realiza o

movimento de descida das cargas iadas pelo prtico rolante. O funcionamento do

freio eletro-hidrulico (FEM2) ocorre atravs da energizao do motor de induo

trifsico do freio, onde esse atua no pisto hidrulico e libera o freio para a

movimentao de carga.

31

6.APLICAO DE INVERSORES DE FREQUNCIA EM SISTEMA DE TALHA

PNEUMTICA.

Nas instalaes da unidade aeroporturia de Confins/MG, alm do sistema

convencional de pontes rolantes e prticos, a tambm o sistema de talha

pneumtica com capacidade para at 1 toneladas, FIG.15.

Figura 15 Talha pneumtica( Ptio de cargas)

Fonte: Elaborada pelo autor

Esse sistema facilita, e trs versatilidade devido ao seu sistema simplificado. Mas

uma observao feita por um dos operadores, nos levou a fazer um estudo sobre o

quanto de energia eltrica que era necessria para o manter as propriedades

funcionais do sistema. A questo que foi levantada era a respeito do tempo que o

compressor ficava em alvio. Os dados do motor do sistema pneumtico so os

seguintes:

Motor do compressor

10cv / 220v / 2 polos / 3550 rpm / Fs 1,15

Ciclo de operao: intermitente.

40 segundos em alvio, 220 segundo em carga.

32

270 partidas em 18 horas de operao da unidade .

Devido as constantes partidas, foi feito um estudo de energia eltrica consumida

pelo motor. O resultado obtido em 18 horas de operao se mostra a seguir:

Energia consumida nesse perodo: 169,871 KWh. Como referncia foi adotado um

valor de consumo caso o mesmo funcionasse s 18 horas de forma continua, o

resultado foi o seguinte: energia consumida, caso o compressor funcionasse em

plena carga durante esse mesmo perodo: 133,020 KWh.

Verificando esses valores, observamos que a operao continua do compressor

proporcionar uma economia de 169,871 kwh / 133,020kwh = 27,77 %.

Atravs desse resultado, propusemos fazer o uso do inversor de frequncia para

controle da vazo e presso do sistema pneumtico da talha. Foi feito levantamento

e realizado a implantao do compressor acionado por inversor de frequncia

FIG.16

Figura 16 Inversor de frequncia para acionamento do compressor.

Fonte: Elaborada pelo autor.

Com a aplicao do inversor de frequncia foi feito novo estudo de consumo de

energia eltrica. Com o uso do inversor de frequncia, o consumo de energia

eltrica registrado em plena carga nesse mesmo perodo, com regulador PID foi:

109,224 KWh.

33

O uso do inversor de frequncia proporcionou um consumo de energia na ordem de

169,871 kwh / 109,224 KWh = 55,52%. Esses valores ficam na ordem de economia

diria de 60,647 KWh, diminuindo a demanda horria e possibilitando o uso de

outros equipamentos nesse perodo. A economia ms de 1819,41 KWh, com o

custo da energia eltrica na tarifa verde de R$1,20 , resultou em uma economia de

R$ 2.183,29. O investimento com aquisio do inversor de frequncia, transdutor de

presso, montagem de painel e componentes foi de R$ 11.500,00.

Com a economia de R$ 2.183,29/ms, o retorno do investimento de R$ 11.500,00

nesse sistema foi de 21 semanas, aproximadamente 5 meses e 8 dias. No GRAF.1

est apresentada a diferena entre as bandas de presso com o sistema

convencional e com o uso de inversor de frequncia.

Grfico 1 Banda presso. Sistema convencional x Inversor de frequncia

Fonte: Elaborado pelo autor.

Com aplicao do inversor possvel uma economia de 55,52% de energia eltrica.

Com o uso do inversor de frequncia, a banda de presso pode ser reduzida,

fazendo com que o compressor trabalhe at o limite de alvio de carga,

economizando aproximadamente 8% de energia. O fator de potncia da instalao

com inversor de frequncia registrado foi de 95%, pois o mesmo trabalhara em plena

carga, evitando assim as partidas frequentes que desgastam tanto o motor, pelo

6

6,2

6,4

6,6

6,8

7

7,2

7,4

7,6

7,8

8

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 52 54 56 58 60

Compressor

Inversor

34

aquecimento acessivo nas partidas, quanto as partes mecnicas devido a

quantidade de estresse nas constantes partidas.

Outro fator que de ser levado em considerao a linha de presso, pois a mesma

apresentava vazamentos, e esses vazamentos causavam o desperdcio de energia,

j que o compressor tem que trabalhar mais para suprir os mesmos. Com o

saneamento desses vazamentos houve economia na ordem de 4% a 6% de energia

eltrica. O GRAF.2 apresenta a quantidade de energia eltrica economizada com o

inversor de frequncia, tomando como referncia o consumo do mesmo perodo do

ano anterior.

Grfico 2 Comparao consumo ano anterior x consumo com inversor de

frequncia

Fonte : Elaborado pelo autor

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Janeiro Fevereiro Maro Abril

Economia

Inversor

35

7.APLICAO DE INVERSOR DE FREQUNCIA EM LINHAS

AEROPORTURIAS

O estudo do caso a seguir tem como objetivo apresentar o resultado do

levantamento realizado pela Lamac Service LTDA, a pedido do terminal de cargas

do aeroporto de Confins/ MG, em uma das pontes rolantes da mesma e tem a

finalidade de confirmar a economia de energia eltrica obtida depois da instalao

de inversores de freqncia nos movimentos da ponte rolante.

O equipamento escolhido para este levantamento foi a Ponte Rolante PR151, FIG

17 localizada em Confins/MG e o trabalho foi feito junto ao barramento trifsico de

alimentao da Ponte Rolante PR#151_GDL-5

Figura 17 - Ponte rolante PR151


7.1 Configurao eltrica.

A primeira medio foi realizada antes da reforma da ponte rolante. Nesta medio

os motores da elevao, direo e ponte eram do tipo anis com controle por

resistncias rotoricas e contatores. Conforme FIG. 18, FIG.19 e FIG. 20. Nessa

primeira medio os totais apurados foram os seguintes:

36

Figura 18 Motor de movimento do carro


Figura 19 e Figura 20 Motor de elevao e mecanismo de freio.


O total de kilowatt/hora gasto durante o perodo de 5 dias foi de 2.224,78kWh.

O fator de potncia mdio da instalao no perodo de 5 dias foi de 0,64.

Aps realizada as modificaes na ponte rolante, a mesma foi sujeita a um teste

sobre condies de trabalho a plena carga. A segunda medio foi realizada aps a

reforma da ponte rolante. Nesta medio os motores da elevao, direo e ponte

tiveram os anis curto circuitados transformando os mesmos em motores de rotor

gaiola, conforme FIG. 21, FIG.22 e FIG.23.

37

Figura 21- Motor de movimento do carrinho


Figura 22 e figura 23 Motor de elevao e mecanismo de freio.


O acionamento de todos os motores passou a ser realizado com inversores de

freqncia do tipo Varispeed G5 de fabricao Yaskawa, com frenagem dinmica

por mdulos de frenagem externos, FIG. 24, FIG.25, FIG. 26 e FIG 27. Os resultados

obtidos aps as alteraes foram: total de kilowatt/hora gasto durante o perodo de

5 dias foi de 1.049,07kWh. O fator de potncia mdio da instalao no perodo de 5

dias foi de 1,00.

38

As concluses que podemos fazer aps obter os resultados so as seguintes:

Primeira medio (sem inversores): 2.224,78 kWh FP = 0,64

Segunda medio (com inversores): 1.049,07 kWh FP = 1,00

Porcentagem de economia: (2.224,78 1.049,07) / 2.224,78 = 52,8%

Figura 24 e figura 25 Alterao do painel de comando


Figura 26 e figura 27 Acionamentos dos motores de translao do carro e da ponte


39

As vantagens que obtivemos com a aplicao do sistema:

Economia de energia eltrica - Neste caso em especfico a aplicao de inversores

em conjunto com os sistemas de automao PLC via rede Devicenet (FIG. 28 e FIG

29), substituindo motores de anis e os acionamentos manuais, registrou-se uma

economia de cerca de 50%. Esse fato deve-se a no mais utilizao dos resistores

de partida e motores de anis e sim inversores de freqncia os quais permitem ao

motor partir com tenses reduzidas reduzindo o consumo em energia eltrica.

Elevado fator de potncia - Outro fato extremamente importante no tocante ao

consumo de energia o fator de potncia que passou de 0,64 para prximo a 1,00,

eliminando qualquer possibilidade de multa por parte da concessionria de energia

em virtude de fator de potncia acima do permitido por lei que de 0,92, alm de

eliminar a necessidade de instalao de banco de capacitores para correo do fator

de potncia da instalao.

Figura 28 e 29- Instalao de PLCs em rede devicnet para controle dos inversores-


Eliminao de contatores - Menor desgaste, operao centralizada e menor

manuteno FIG.33, FIG. 34 e FIG 37. Eliminou-se os contatores de controle dos

motores de anis, os quais possuam altos ndices de desgaste nos contatos em

40

virtude do elevado nmero de manobras por hora. O inversor proporciona

partidas/reverses eletrnicas, sem utilizao de contatores FIG 30 e FIG 31.

Menos solavancos Maior durabilidade do conjunto mecnico. O inversor acelera e

desacelera a ponte em rampa evitando solavancos e choques nos redutores, rodas

e freios. Todo o conjunto mecnico da ponte beneficiado, pois a reduo de

choques e solavancos aumenta a vida til de todo o conjunto.

Figura 30 e 31 - Painel de acionamentos dos inversores de frequncia.


Utilizao de motores gaiola em lugar de anis, motores de gaiola so mais baratos

e com menor custo de manuteno em relao aos motores de anis, pois no

utilizam escovas e porta escovas. As escovas tm desgaste e devem ser trocadas

periodicamente. Motores de gaiola so de rpida reposio e no possuem o

inconveniente de utilizar escovas. Os motores de anis esto se tornando especiais

e de difcil reposio.

Reduo no desgaste de lonas e/ou pastilhas de freio, o inversor freia o motor at a

velocidade prxima de zero de forma eletrnica. O freio somente utilizado para

estacionamento reduzindo drasticamente o consumo de escovas e/ou pastilhas de

freio.

41

8. DIMENSIONAMENTO DOS INVERSORES DE FREQUNCIA

A partir dados e informaes obtidos e dos ensaios e simulaes realizadas,

apresenta-se a seguir a especificao e configurao de um inversor a ser

empregado no acionamento da ponte rolante no terminal de cargas do aeroporto de

Confins/MG.

8.1 Especificao dos inversores de frequncia

Dentre as caractersticas bsicas que os inversores de frequncia devem apresentar

destacado a capacidade, a tenso de alimentao, o tipo de controle, as condies

ambientais, as protees eltricas e os acessrios. A capacidade dos inversores de

freqncia est relacionada com o dimensionamento da potncia dos motores.

Portanto para os motores de 30CV e 7,5CV dever ser adquiridos inversores com a

capacidade mnima de 46A e 13A, respectivamente. Esta capacidade ser

considerada com a tenso de alimentao de 440V, admitindo-se uma variao de

10% da tenso especificada.

Os inversores de frequncia so projetados para operarem em ambientes com certo

grau de umidade do ar e temperatura ambiente FIG. 32 e FIG.33. Com a umidade

relativa do ar acima do valor admitido, poder ocasionar a condensao de gua nos

componentes internos do inversor, acarretando em curto-circuito nos mesmos. J a

temperatura acima de um valor admitido prejudica a refrigerao dos componentes

internos, levando a um sobre aquecimento no equipamento. Desta forma os

inversores de frequncia devem operar a uma temperatura ambiente de at 40C e a

umidade relativa do ar limitada a 90% sem condensao, condies em que a

maioria destes equipamentos so projetados.

Em termos de controle, entende-se que controle vetorial o mais indicado por conta,

do melhor desempenho dinmico e preciso no ajuste de conjugado e velocidade.

Em funo da importncia da ponte rolante como ferramenta de manuteno,

recomenda-se o emprego de inversores com protees de: sub e sobre Tenso;

sobretemperatura, sobrecarga no inversor e motor; sobrecarga no resistor da

frenagem; curto-circuito entre fase ou fase e terra na sada do inversor e nos

enrolamentos do motor.

42

Figura 32 e 33 Armrio especfico para operao do inversor


Alm disso, no circuito de suprimento dos inversores de frequncia devem ser

utilizados disjuntores em caixa moldada ou fusveis, ultrarpido com o intuito de

proteger o mesmo contra curto circuitos e faltas para terra. Estes dispositivos

devero ser dimensionados para suportar o nvel de curto circuito no ponto em que

sero instalados FIG 35 e FIG 36. Os inversores devero apresentar a funo de

frenagem reostatica para a obteno de maior conjugados frenantes nos sistemas

em estudo. Esta funo executada por resistores que so acoplados nos

inversores para dissipar a elevada tenso dos capacitores, localizado no barramento

de correntes continua do inversor, devido energia cintica gerada no regime de

operao que tem caractersticas de desacelerao rpida e acionamento de cargas

com elevada inrcia.

8.2 Configurao bsica dos inversores de frequncia

Os parmetros dos inversores de frequncia so agrupados de acordo com suas

caractersticas e particularidades e esto basicamente divididos em 4 grupos de

parmetros: de leitura, de regulao, de configurao e do motor. Os parmetros de

leitura so variveis que podem ser visualizadas no display do inversor, mas no

podem ser alteradas pelo usurio. Temos como exemplo o acesso de grandezas

43

como torque, corrente, potncia, rotao e outros. Os valores ajustveis a serem

utilizados pelas funes do inversor esto enquadrados nos parmetros de

regulao. Entre esses parmetros, a varivel de tempo de acelerao e

desacelerao deve ser ajustada com a inteno de obter o acionamento gradual da

rotao do motor. Por segurana, aconselhvel que o acionamento da

movimentao da carga seja realizado com um tempo de acelerao alto e um

tempo de desacelerao baixo, com isso, obtm um posicionamento da

movimentao da carga mais preciso.

Outro parmetro de regulao importante a referncia de velocidade mxima e

mnima. Conforme verificado no estudo, GRAF.3 o motor do sistema de translao

dever operar na faixa de 0 a 1050 rpm e o motor do sistema de levantamento na

faixa de 0 a 670 rpm GRAF. 4.

Grfico 3 Faixa de operao do motor de translao

Fonte: Elaborado pelo autor. Software Omicron

O nvel de tenso na frenagem reostatica, o valor do resistor de frenagem e o valor

da potncia permitida no resistor de frenagem tambm so configurados nos

parmetros de regulao. Estas grandezas so determinadas e configuradas

conforme a quantidade de 90 frenagens em ciclos pr-determinados.

44

Grfico 4 Faixa de operao do motor de levantamento

Fonte: Elaborado pelo autor. Software Omicron.

Normalmente a determinao destas grandezas depende das orientaes de cada

fabricante de inversores de frequncia. O parmetro de regulao analisado o

ajuste da corrente de sobrecarga. Este parmetro ser ajustado no valor da corrente

nominal dos motores dos sistemas em estudo.

Os parmetros de configurao definem as caractersticas do inversor de frequncia,

as funes a serem executadas, bem como as entradas e sadas. Neste conjunto de

parmetros, deve-se observar o parmetro do tipo de controle a ser utilizado nos

inversores de frequncia. Neste caso, para os dois sistemas em estudo, ser

considerado o controle vetorial em malha aberta.

As caractersticas nominais do motor esto configuradas nos parmetros do motor.

Estes parmetros devem ser configurados com as informaes contidas nos dados

de placa dos motores, e os valores das resistncias e reatncias do circuito

equivalente

45

Figura 34 e 35 Instrumentos usados na automatizao do terminal de cargas.


Figura 36 e 37 Instrumentos usados na automatizao do terminal de cargas.


Figura 38 PLCs. Comando centralizado.


46

CONCLUSO

Com a instalao dos inversores de frequncia obtivemos um ganho tanta em

energia como tambm material, pois a parte mecnica estava sujeita a grande

estresse quando estava submetida ao sistema convencional. Apesar de parecer

oneroso a aquisio dos inversores de frequncia, o retorno rpido que o mesmo

propicia, torna esse investimento nfimo aos benefcios adquiridos. Como podemos

verificar foi obtida uma economia de aproximadamente 53% no consumo de energia

na Ponte Rolante PR 151, no terminal de cargas aeroporturias em Confins/MG. O

fato apontado como um dos principais resultados obtidos com a substituio dos

motores de anis e resistores de partida por inversores de freqncia Yaskawa, que

permitem ao motor partir com tenses reduzidas, diminuindo o consumo de energia

eltrica e aumentando a vida til dos equipamentos envolvidos no processo.

Como podemos observar nesse estudo , que outro fator importante foi a eliminao

de contatores, o que gerou menor desgaste e menos manuteno. Os contatores de

controle dos motores de anis possuam altos ndices de desgaste em virtude do

elevado nmero de manobras por hora. Com a utilizao do inversor de freqncia

foi possvel a realizao de partidas/reverses eletrnicas, sem utilizao de

contatores. Alm desses benefcios, o novo sistema conseguiu espaar a

periodicidade de manuteno e diminuir o nmero de sobressalentes utilizados no

processo, gerando uma significativa economia de custo. Na prtica a implantao do

novo inversor facilita o diagnstico de manuteno. Devido a isso podemos gerar

grficos, histrico de manuteno e relatrios, pois o sistema possui um mecanismo

que gera valores em tempo real. A interface IHM, onde podemos decrementar

valores e incrementar, facilita nos ajustes que temos que fazer, sem precisar entrar

em contato direto com a ponte. A pesar de no conseguir mensurar valores,

percebemos claramente que a preservao mecnica dos equipamentos foi outro

ganho que obtivemos. Com a partida mais suave e frenagem sem solavancos os

ganhos so visveis.

47

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

WEG EQUIPAMENTOS ELTRICOS S.A.. Manual do inversor de freqncia: CFW-09. 1.ed. Jaragu do Sul:WEG, 2011

FRANCI, C. M. Inversor de freqncia: teoria e aplicao. 2.ed. So Paulo: rica, 2011.

DIMENCIONAMENTO DE INVERSORES PARA MQUINAS ASSNCRONAS Disponvel em: acesso em 1 maro de 2015. TUVERAS. Disponvel em: . Acesso em: 08 maro. 2015

SIDERURGIA BRASIL. Disponvel em: . Acesso em: 08 maro . 2012 WEG EQUIPAMENTOS ELTRICOS S.A.. Guia de aplicao de inversores de freqncia. 3. ed. Jaragu do Sul:WEG. 2009. DISPOSITIVOS DE PONTES ROLANTES. Disponvel em acesso em 22 maro de 2015. RETORNO DE INVESTIMENTO EM INVERSORES DE FREQUNCIA WEG Disponvel em: Acesso em 28 maro de 2015. INVERSORES X ECONOMIA DE ENERGIA. SCHNEIDER ELETRIC. Disponvel em: Acesso em 28 maro de 2015. GUIA DA SIDERURGIA Disponvel em: Acesso em 3 abril de 2015.

tcc inversor frequencia

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