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Habilitação Profissional Plena Técnico em Eletrônica Eletrônica Industrial – 4º Ano Apostila sobre Inversores de Frequência I Prof. Ariovaldo Ghirardello
Inversores de Frequência – Descrição do Funcionamento. Um inversor de frequência é um dispositivo capaz de gerar uma tensão e frequência trifásicas ajustáveis, com a finalidade de controlar a velocidade de um motor de indução trifásico. A figura abaixo, mostra resumidamente o diagrama em blocos de um inversor de frequência escalar:
Seção Retificadora (Converter Section) – Os seis diodos retificadores situados no circuito de entrada do inversor, retificam a tensão trifásica da rede de entrada (L1, L2 e L3). A tensão DC resultante é filtrada pelo capacitor C e utilizada como entrada para a Seção Inversora. Seção Inversora (Inverter) – Na seção inversora, a tensão retificada DC é novamente convertida em Trifásica AC. Os transistores chaveiam várias vezes por ciclo, gerando um trem de pulsos com largura variável senoidalmente (PWM). Esta saída de tensão pulsada, sendo aplicada em um motor (carga indutiva), irá gerar uma forma de onda de corrente bem próxima da senoidal através do enrolamento do motor. As formas de onda 1 e 2 nos gráficos abaixo, mostram as formas de onda para as fases M1 e M2 (duas das três que serão aplicadas ao motor). Os pulsos gerados pelo
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Circuito de Controle (Control Circuit) são enviados para as bases dos transistores de chaveamento através do circuito de Base Driver. Estes sinais pulsantes, provocarão o chaveamento dos transistores de potência da Seção Inversora. Nos inversores mais modernos, a configuração é a mesma, a única diferença é que são utilizados IGBT’s ao invés de transistores bipolares. A forma de onda 3 no gráfico abaixo é a somatória lógica das fases de saída M1 e M2. O valor médio da tensão aplicada, se aproxima da senoidal, provocando, como já dito acima, uma corrente senoidal pelo enrolamento do motor.
Proteção contra Surto (Surge Protection) – Essa proteção tem a função de absorver surtos (picos) de tensão transitórios que podem chegar até o inversor pela rede de alimentação e são intalados nas três fases de entrada. Proteções do Inversor (Inverter Protection) – Este circuito monitora as condições da tensão e da corrente presentes no Circuito Intermediário, ou seja, o que sai do Retificador e vai para o Inversor. Se os valores de corrente ou tensão ultrapassam níveis pré-determinados, este circuito envia um sinal para o Circuito de Controle (Control Circuit), que atua de forma a proteger o circuito do inversor, normalmente desarmando-o e sinalizando a condição. Base Driver – Esta seção amplifica e isola os sinais que são gerados pelo Circuito de Controle (Control Circuit) e fazem os transístores operarem de acordo com o esquema de chaveamento apropriado. Circuito de Auto Boost (Auto Boost Circuit) – Este circuito detecta as condições de carga do motor. Através da determinação das condições da carga, o circuito determina o nível de tensão ideal para que o motor consiga entregar à carga o torque exigido pela carga.
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Controle Local/Painel de Programação (Local Control/Programing Panel)Este painel fornece um meio prático e rápido para se programar a operação do inversor. Nele também podem ser visualizadas as condições de operação do inversor, como tensão, corrente, velocidade, frequência, além de sinalizar códigos de falha como sobretensão, subtensão, sobercarga, motor travado, sobretemperatura no dissipador, etc. Circuito de Controles Externos (External I/O) – Este circuito provê ao circuito de controle uma forma de comunicar-se com o restante da máquina, tanto recebendo como fornecendo sinais, como velocidade desejada, sentido de rotação, aceleração, desacelaração, partida, parada, frenagem, etc. Circuito de Controle (Control Circuit) – O circuito de controle é na realidade o cérebro do inversor, pois ele é o responsável por receber todas as informações relativas ao funcionamento interno do inversor, além de coletar as informações externas, e gerar todos os sinais necessários para gerar os pulsos de disparo da etapa de potência. Resumidamente ela opera da seguinte forma: 1. Ele recebe a referência de velocidade e comandos de operação da interface de Controle Local ou através de sinais externos (External I/O). Estes comandos são utilizados para determinar a frequência e a tensão de saída, além do sentido de rotação do motor; 2. O circuito gera os comandos (pulsos) que são injetados no circuito de Base Driver, que isola-os e amplifica-os, injetando os na etapa de potência; 3. Após a análise dos sinais recebidos dos demais circuitos, o mesmo gera sinais de saída para a interface de Controle Local e para os circuitos de controle externo (External I/O), para indicar normalmente, as condições de funcionamento do inversor, além das condições de falha; 4. Em caso de receber algum sinal de funcionamento anormal do circuito de Proteção do Inversor (Inverter Protection), ele imediatamente, corta os pulsos de disparo, desarmando o inversor e sinalizando a situação através da interface de Controle Local e dos circuitos de Controle Externo (External I/O).
