acionamento 04 conversor_de_frequencia
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CONVERSORES DE FREQUÊNCIA
♦Convertem tensão c.c. para c.a. simétrica de amplitude e frequência desejadas
♦A forma de onda dos inversores não é senoidal
Introdução a inversores
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♦Acionamento de M. I. com velocidade variável
♦Aquecimento indutivo
♦Sistema de energia ininterrupta
♦Reatores eletrônicos
Algumas aplicações dos inversores
♦Os inversores podem ser monofásicos ou trifásicos
♦As chaves semicondutoras precisam ter disparo e bloqueio controlados
Características dos inversores
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Vs
Q1
Q4
Q3
Q2
a b
vab
vs
- vs
t
i
I
- I
t
Inversor monofásico
Inversor com carga R L
Vs
Q1
Q4
Q3
Q2
a b
vab
vs
- vs
t
i
I
- I
t
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♦Variar a frequência de acordo com a saída desejada
♦Permitir o ajuste de tensão para manter fluxo constante
♦Fornecer a corrente nominal em qualquer frequência
Inversores para acionamentos
Devem satisfazer os seguintes requisitos:
♦Os conversores de frequência usuais são alimentados por um retificador não controlado
Módulo de entrada de um conversor de frequência
Rede +
−Vd
MOTOR
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Limitação da corrente de inrush
♦Os capacitores são carregados via resistor; o relé fecha após alguns segundos para operação normal
C
♦PWM ⇒ Pulse Width Modulation
♦O PWM controla a frequência e o valor eficaz da tensão de saída
Inversor a PWM senoidal
Tensão de entrada Tensão de saída
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Circuito esquemático do Conversor a PWM
♦ Circuito Unifilar
Circuito esquemático do Conversor a PWM
♦ Circuito Trifilar
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Tensão Gerada pelo Inversor
Inversor a Fonte de Tensão (VSI)
Modulação por Largura de Pulso Senoidal (SPWM)
Função de chaveamento
Com a corrente retificada o bloco inversor irá gerar uma “CA” sintéticaIsto é feito comutando a CC utilizando a modulação PWMCom isto é possível variar a frequência e a tensão entregues ao motor
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♦O número de pulsos depende da frequência de chaveamento
tempo
Vdc
-Vdc
Tensão PWM de saída
♦ Embora a tensão seja uma sequência de pulsos, a corrente é quase senoidal
Formas de Onda Reais
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♦A forma de onda da corrente no motor é quase senoidal devido à característica indutiva do motor
♦Devido às perdas adicionais é recomendado que a potência nominal do motor seja superior à potência necessária para acionar a carga
Desclassificação do motor
♦ A forma de onda da corrente na rede contém harmônicas
♦ A figura representa a forma de onda na presença de um retificador monofásico com filtro capacitivo
Corrente na rede
Vs
is is1
wtφ1
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♦ A figura representa a forma de onda na presença de um retificador trifásico com filtro capacitivo com pouca carga
Corrente na rede
♦ A figura representa a forma de onda da corrente em um conversor de frequência trifásico com carga.
Corrente na rede
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♦O fator de potência visto pela rede é diferente do fator de potência do motor
♦O fator de deslocamento é aproximadamente unitário
♦O fator de potência é baixo devido às harmônicas
Efeito na rede de alimentação
Harmônicas na rede de alimentação
Tensão dealimentação
Ordemharmônica
Impedânciade entrada
2 %
Impedânciade entrada
4 %1 100 % 100 %3 83 % 76 %5 57 % 41 %7 29 % 14 %9 11 % 6 %
11 8 % 6 %
220 VMonofásico
13 6 % 3 %1 100 % 100 %5 56 % 39 %7 31 % 15 %
11 7 % 7 %
220 VTrifásico
13 6 % 3 %
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Problemas nas aplicações de inversores
♦ Harmônicas na rede♦ Aquecimento adicional no motor♦ Picos de tensão no motor♦ Ruídos audíveis♦ Interferência eletromagnética
Frenagem em inversores
♦ Durante a frenagem, o fluxo de potência passa a fluir do motor para o inversor ♦ O sentido da corrente no elo c.c. se inverte♦ Frenagem dissipativa♦ Frenagem regenerativa
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♦ A energia cinética é dissipada em uma resistência
Frenagem dissipativa
INVERSORR
MOTORREDE V+
−
♦ A energia cinética é regenerada na forma de energia elétrica para a rede
Frenagem regenerativa
INVERSOR MOTORREDE
V+
−
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Ponte retificadora controlada em configuração antiparalela
Permite regeneração de energia
Rede de
60 Hz
Rede de
60 HzINVERSOR
DE FREQ.
♦ A decisão de se empregar a frenagem regenerativa ou a frenagem dissipativa está na relação custo adicional do equipamento versus custo da energia dissipada
♦ O ciclo de trabalho e a potência do acionamento são fatores decisivos
Tipo de frenagem
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Controle sem malha de velocidade
♦ A rotação pode ser controlada sem uma malha de realimentação de velocidade♦ Com a variação do torque na carga, o escorregamento varia, produzindo uma variação na rotação
♦ Motor:• Potência Nominal• Tensão Nominal• Corrente Nominal
♦ Rede:• Tensão Nominal• Capacidade de curto• Requisitos quanto a Harmônicas• Filtro
Dados necessários para especificar um inversor
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♦ Aplicação:
• Tipo do processo • Distância inversor - motor• Faixa de velocidade de operação• Requisitos de exatidão • Torque nominal• Torque de partida
Continuação
♦ O modo de controle de velocidade escalar se baseia na utilização das variáveis de controle: Tensão [V] e Freqüência [f];
♦ É um modo de controle simples e bastante usado.
Controle Escalar
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Controle Escalar
60fN
Vmotor
f30
460V
Curva V/f programável
Operação c/ Boost de Tensão
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♦ No modo de controle escalar não é possível efetuar um controle de torque adequado;
♦ Não é necessário conhecer os parâmetros do motor pois o seu modelo matemático não é usado.
Controle Escalar
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♦ Utilizado, principalmente, no acionamento de bombas e ventiladores. Para estas cargas é possível reduzir as perdas no motor utilizando a opção V/f quadrática, o que resulta em economia de energia;
♦ Também é utilizado quando mais de um motor é acionado por um inversor (aplicação multimotores).
Controle Escalar
♦ No modo vetorial a operação é otimizada para o motor em uso, obtendo-se um melhor desempenho em termos de torque e regulação de velocidade;
♦ Os parâmetros do motor são necessários para o uso das equações dinâmicas.
Controle Vetorial
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Controle VetorialO controle vetorial separa as duas componentes da corrente do estator (Is): uma que fornece o fluxo no entreferro ( Im) e outra que produz o torque(Ir).
Fornece controle independente do fluxo e do torque.
Existe uma analogia com o motor c.c. em que a corrente de campo e a corrente de armadura são controladas como variáveis independentes.
MODELO DO MOTOR CC
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Modelo em Regime Permanente do Motor de Indução
Controle Vetorial
Controle vetorial normal – possui malha fechada com transdutor de posição;
Controle vetorial sensorless – possui malha aberta e, portanto, sem transdutor de posição;
Existem dois tipos de controle vetorial:
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Controle Vetorial
No controle vetorial normal o trabalho computacional é grande, mas pode ser realizado por um DSP;
O controle vetorial sensorless émais pobre do que o controle por malha fechada, mas ainda possui melhor desempenho de resposta se comparado a qualquer sistema v/f.
Comparativo entre Tecnologias
CARACTERÍSTICA Motor c.c. com
Tacômetro
Conversor de Frequência
Escalar Vetorial
Sensorless Encoder
Precisão develocidade
0,025 % 1 % 0,5 % 0,01 %
Torque em velocidade zero
SIM NÃO NÃO SIM
Controle de torque Alto Baixo Médio Alto