CONVERSORES DE FREQUÊNCIA

2/2/2009
CONVERSORES DE
FREQUÊNCIA
Introdução a inversores
♦Convertem
tensão c.c. para c.a.
simétrica de amplitude e frequência
desejadas
♦A
forma de onda dos inversores não é
senoidal
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Algumas aplicações dos inversores
♦Acionamento
de M. I. com velocidade
variável
♦Aquecimento
♦Sistema
indutivo
de energia ininterrupta
♦Reatores
eletrônicos
Características dos inversores
♦Os
inversores podem ser monofásicos
ou trifásicos
♦As
chaves semicondutoras precisam
ter disparo e bloqueio controlados
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Inversor monofásico
vab
vs
Q1
t
Q3
a
Vs
Q4
b
- vs
Q2
i
I
t
-I
Inversor com carga R L
vab
vs
Q1
a
Vs
Q3
b
t
- vs
Q4
Q2
i
I
t
-I
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Inversores para acionamentos
Devem satisfazer os seguintes requisitos:
♦Variar
a frequência de acordo com a
saída desejada
♦Permitir
o ajuste de tensão para manter
fluxo constante
♦Fornecer
a corrente
qualquer frequência
nominal
em
Módulo de entrada de um
conversor de frequência
♦Os
conversores de frequência usuais
são alimentados por um retificador não
controlado
Rede
+
V
−d
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
Inversor a PWM senoidal
♦PWM
⇒ Pulse Width Modulation
♦O
PWM controla a frequência e o
valor eficaz da tensão de saída
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
ƒ Inversor a Fonte de Tensão (VSI)
ƒ Modulação por Largura de Pulso
Senoidal (SPWM)
Função de chaveamento
„
„
„
Com a corrente
retificada o bloco
inversor irá gerar uma
“CA” sintética
Isto é feito comutando a
CC utilizando a
modulação PWM
Com isto é possível
variar a frequência e a
tensão entregues ao
motor
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Tensão PWM de saída
♦O
número de pulsos depende
da frequência de chaveamento
Vdc
tempo
-Vdc
Formas de Onda Reais
♦
Embora a tensão seja uma
sequência de pulsos, a corrente
é quase senoidal
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Desclassificação do motor
♦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
Corrente na rede
♦
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
Vs
is
φ1
is1
wt
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Corrente na rede
♦
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.
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Efeito na rede de alimentação
♦O
fator de potência visto pela rede é
diferente do fator de potência do
motor
♦O
fator de deslocamento
aproximadamente unitário
é
♦O
fator de potência é baixo devido às
harmônicas
Harmônicas na rede de
alimentação
Tensão de
Ordem
alimentação harmônica
220 V
Monofásico
220 V
Trifásico
1
3
5
7
9
11
13
1
5
7
11
13
Impedância Impedância
de entrada de entrada
2%
4%
100 %
100 %
83 %
76 %
57 %
41 %
29 %
14 %
11 %
6%
8%
6%
6%
3%
100 %
100 %
56 %
39 %
31 %
15 %
7%
7%
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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Frenagem dissipativa
♦
A energia cinética é dissipada em
uma resistência
REDE
+
−
V
R
INVERSOR
MOTOR
Frenagem regenerativa
♦
A energia cinética é regenerada na
forma de energia elétrica para a rede
REDE
+
−
V
INVERSOR
MOTOR
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Ponte retificadora controlada
em configuração antiparalela
Rede
de
60 Hz
INVERSOR
DE FREQ.
Rede
de
60 Hz
Permite regeneração de energia
Tipo de frenagem
♦
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
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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
Dados necessários para
especificar um inversor
♦
Motor:
• Potência Nominal
• Tensão Nominal
• Corrente Nominal
♦
Rede:
•
•
•
•
Tensão Nominal
Capacidade de curto
Requisitos quanto a Harmônicas
Filtro
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Continuação
♦
Aplicação:
•
•
•
•
•
•
Tipo do processo
Distância inversor - motor
Faixa de velocidade de operação
Requisitos de exatidão
Torque nominal
Torque de partida
Controle Escalar
♦
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.
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Controle Escalar
Vmotor
460V
‹ Curva V/f
programável
Operação c/
Boost de
Tensão
f
30
0
60
fN
Controle Escalar
♦
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.
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Controle Escalar
♦
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 Vetorial
♦
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.
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Controle Vetorial
„
„
„
O 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
Existem dois tipos de controle
vetorial:
„
„
Controle vetorial normal – possui
malha fechada com transdutor de
posição;
Controle vetorial sensorless – possui
malha aberta e, portanto, sem
transdutor de posição;
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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 é
mais 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 de
velocidade
0,025 %
1%
0,5 %
0,01 %
Torque em
velocidade zero
SIM
NÃO
NÃO
SIM
Controle de torque
Alto
Baixo
Médio
Alto
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