Motor De Indução Trifásico - Características, Acionamento E Controle (slides)

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INVERSORES-2002-2006 Motor de Indução Trifásico • Características que o tornam superior: – Simplicidade: Ao contrário do motor CC, não requere manutenção do conjunto escovas / comutador; – Possui tamanho e peso reduzidos para uma mesma potência nominal, portanto custo menor; – Mecanismo mais simples mais fácil de ser fabricado; – Pode ser ligado diretamente a rede elétrica. Não necessita de fonte CC; allenz NAI 1 INVERSORES-2002-2006 Motor de Indução Trifásico • Barreiras ao emprego do motor de indução trifásico (anos 80): – Havia maior dificuldade em se variar a velocidade em um acionamento controlado; – Com motor CC basta variar a tensão aplicada a armadura; – Em CA os sistemas de controle eram mais sofisticados e o resultado era de baixa performance; – Custo global do sistema (não apenas o relativo a máquina) era maior. allenz NAI 2 INVERSORES-2002-2006 Evolução Tecnológica nos anos 90 • Custo dos componentes de eletrônica de potência e de controle diminuiu continuamente e por conseguinte o custo dos conversores de freqüência idem; • Tendência de vantagem cada vez maior de custo total do sistema máquina mais acionamento para as máquinas CA; • Novas técnicas como o controle vetorial possibilitaram às máquinas CA comportamento similar ou superior aos das máquinas CC. allenz NAI 3 INVERSORES-2002-2006 Modelamento da Máquina de Indução Trifásica • Componentes: – Estator: • Enrolamentos nos quais é aplicada alimentação de tensão alternada. – Rotor: • Composto de: – Ou por uma gaiola de esquilo curto-circuitada. – Ou por enrolamentos; De qualquer forma, através de indução eletromagnética, o campo magnético produzido nos enrolamentos do estator produz correntes no rotor, de modo que, da interação de ambos os campos magnéticos será produzido o conjugado que levará máquina a rotação. allenz NAI 4 INVERSORES-2002-2006 Máquina de Indução Trifásica allenz NAI 5 INVERSORES-2002-2006 Modelamento da Máquina de Indução Trifásica • O campo magnético produzido no estator é girante, devido a: – Característica da CA trifásica da alimentação do estator; – Distribuição geométrica espacial dos enrolamentos do estator; O campo produzido pelas correntes induzidas no rotor terá também as mesmas características e procurará sempre acompanhar o campo girante do estator. allenz NAI 6 INVERSORES-2002-2006 Velocidade Angular do Campo Girante • Depende da: – Freqüência da rede; – Numero de pólos da Máquina; • Número de Pares de Pólos: – Indica quantos enrolamentos há no estator, deslocados espacialmente de modo simétrico, e que são alimentados pela mesma tensão de fase. • Ex: Se há 3 enrolamentos ( um para cada fase ) estiverem dispostos num arco de 180o e outros 3 enrolamentos ocuparem os 180o restantes, diz se que esta é uma máquina de 4 pólos (ou 2 pares de pólos). allenz NAI 7 INVERSORES-2002-2006 O Campo Girante • No caso de um motor de 4 pólos: – Dada a simetria circular da máquina, tem-se o campo resultante, visto no entreferro, o qual apresenta pólos resultantes deslocados 90o espacial um do outro; – A resultante no centro do arranjo é sempre nula, no entanto o que importa é o fluxo magnético presente no entreferro (distância entre o rotor e o estator da máquina); – A cada ciclo completo das tensões de alimentação (360o elétricos) corresponderá a uma rotação de 180o no eixo. allenz NAI 8 INVERSORES-2002-2006 O Campo Girante • Tal máquina possui 4 pólos (2 pólos norte e 2 pólos sul), distribuídos simetricamente e intercalados: allenz NAI 9 INVERSORES-2002-2006 O Campo Girante • Tal máquina possui 4 pólos (2 pólos norte e 2 pólos sul), distribuídos simetricamente e intercalados: allenz NAI 10 INVERSORES-2002-2006 O Campo Girante • Tal máquina possui 4 pólos (2 pólos norte e 2 pólos sul), distribuídos simetricamente e intercalados: allenz NAI 11 INVERSORES-2002-2006 O Campo Girante • Tal máquina possui 4 pólos (2 pólos norte e 2 pólos sul), distribuídos simetricamente e intercalados: allenz NAI 12 INVERSORES-2002-2006 Máquina de Quatro Pólos allenz NAI 13 INVERSORES-2002-2006 Velocidade Angular do Campo Girante • A velocidade de rotação do campo girante, chamada de velocidade síncrona, é dada por: (ω = 2.π.f) 2⋅ω ωs = rad/s)) (em rad/s p Sendo: p
Número de pólos ωS
Velocidade angular (em rad/s) das tensões de alimentação da máquina, • Por ser mais prático, podemos também trabalhar com f em Hz e com n em RPM: 2.60.f ns = p allenz NAI (em r.p.m.) 14 INVERSORES-2002-2006 Rotação do Rotor • A corrente induzida no rotor possui uma freqüência que é a diferença da freqüência do campo girante e da rotação do rotor; • Assim, na partida, com a máquina parada, a freqüência da corrente induzida é máxima (60 Hz no caso); • A freqüência da corrente induzida vai-se reduzindo enquanto o rotor acelera até chegar tipicamente a uns poucos Hz , quando á máquina atingir a rotação de regime. allenz NAI 15 INVERSORES-2002-2006 Rotação do Rotor • Desta análise concluímos que: • Se o rotor girar a mesma velocidade do campo girante, a diferença é zero, assim não haverá corrente induzida uma vez que não há variação de fluxo pelas espiras do rotor. • Não havendo corrente induzida no rotor, não há como sustentar conjugado no eixo. – A produção de conjugado no eixo da máquina deriva do fato de que a velocidade do rotor é sempre diferente da velocidade do campo girante. allenz NAI 16 INVERSORES-2002-2006 Rotação do Rotor • Mas, em regime estável, ainda manterá sempre uma pequena diferença. Ex: – Num motor de 4 Pólos em 60 Hz temos: 2 ⋅ 60 ⋅ f 2 ⋅ 60 ⋅ 60 ns = = = 1800 rpm p 4 Entretanto a rotação do eixo especificada é de : 1720 rpm – – O que corresponde a uma freqüência assincrona de: n ⋅ p 1720 ⋅ 4 fA = = = 57,33 Hz 2 ⋅ 60 120 – A freqüência da corrente induzida no rotor é: finduzida = f − fA = 60 − 57,33 = 2,67 Hz allenz NAI 17 INVERSORES-2002-2006 Rotação do Rotor • Essa diferença entre a velocidade angular síncrona e a velocidade angular do rotor, pode ser convertida em um valor de índice: ωs − ωm s= ωs • Ao qual da-se o nome de: ... Escorregamento (S)... • O qual pode ser obtido também, da mesma forma,a partir das rotações em RPM. allenz NAI 1800 − 1720 S= = 0,044 1800 ou 4,4% 18 INVERSORES-2002-2006 O Escorregamento e o Fator de Potência • Com a máquina girando em vazio, o escorregamento é mínimo e a corrente induzida também, apenas suficiente para produzir o conjugado à vazio. • As correntes que circulam pelos enrolamentos do motor são apenas para manter a magnetização, tendo-se assim uma carga altamente indutiva e um fator de potência extremamente baixo: (cos φ < 0,3) allenz NAI 19 INVERSORES-2002-2006 O Escorregamento e o Fator de Potência • A medida que uma carga mecânica é aplicada ao motor a velocidade rotórica diminui, causando aumento do escorregamento e da freqüência da corrente induzida no rotor. • O aumento da corrente do rotor reflete na corrente do estator, provocando também, o aumento desta. • Apesar de estarmos solicitando mais potência da linha de alimentação, estamos produzindo mais potência mecânica, e, com um fator de potência melhor. allenz NAI 20 INVERSORES-2002-2006 O Escorregamento e o Fator de Potência • A carga plena a máquina terá um escorregamento que promove o equilíbrio entre o conjugado do motor (CM) e o conjuga resistente da carga (CRE). • O fator de potência típico é de: 0,95 > cos φ > 0,8 Dependendo do porte do motor, sendo que motores maiores apresentam também maior fator de potência. allenz NAI 21 INVERSORES-2002-2006 Motores de Alto Rendimento • Os motores elétricos são responsáveis por 21,6% do consumo total de energia elétrica no Brasil (SIESE Eletrobrás 2003), o que justifica o uso de motores de alto rendimento. • Os motores de alto rendimento são motores projetados para, fornecendo a mesma potência útil na ponta do eixo que outros tipos de motores, consumirem menos energia elétrica da rede. • LEI DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA (Decreto n° 4.508, de 11 de Dezembro de 2002) define os níveis mínimos de eficiência energética de motores elétricos trifásicos de indução, rotor de gaiola de esquilo, de fabricação nacional ou importados, para comercialização ou uso no Brasil. • NBR 7094: “Máquinas Elétricas Girantes - Motores de Indução - Especificação”, define os valores nominais mínimos para motores alto rendimento. • Motores de alto rendimento tem custo superior aos Standard, porém devido à redução do consumo de energia em função do seu maior rendimento, é possível obter um retorno do investimento inicial rapidamente: allenz NAI 22 INVERSORES-2002-2006 Motores de Alto Rendimento • Construtivamente os motores de alto rendimento possuem as seguintes características: – Chapas magnéticas de melhor qualidade (aço silício). – Maior volume de cobre, que reduz a temperatura de operação. – Enrolamentos especiais, que produzem menos perdas estatóricas. – Rotores tratados rotóricas. termicamente, reduzindo perdas – Anéis de curto circuito dimensionados para reduzir as perdas Joule. – Projetos de ranhuras do motor são otimizados para incrementar o rendimento (Altos fatores de enchimento das ranhuras, que provêm melhor dissipação do calor gerado). allenz NAI 23 INVERSORES-2002-2006 A Curva de conjugado • Uma curva de conjugado típica mostra três regiões distintas que representam os três modos de operação de um motor (para este estando ligado direto a rede com f=60 Hz) – Tração; – Regeneração; – Reversão. allenz NAI 24 INVERSORES-2002-2006 A Curva de conjugado allenz NAI 25 INVERSORES-2002-2006 Modo Tração • Em tração, o rotor gira no mesmo sentido do campo girante; • O fluxo no entreferro se mantém constante se o conjugado se manter constante; • A medida que o escorregamento aumenta, o conjugado também aumenta (ou vice-versa) e o aumento é proporcional se estiver na região linear; • A operação normal do motor se dá na região linear, uma vez que se o CRE exceder a um valor máximo, o motor parará; – Se isso ocorrer teremos elevadas perdas de potência no rotor, devido a altas correntes induzidas. As perdas provocam aquecimento e o aquecimento prolongado danifica o motor. • Na região linear a corrente do rotor cresce de maneira praticamente linear com o escorregamento; – O mesmo acontece com a potência e o conjugado. allenz NAI 26 INVERSORES-2002-2006 Modo Regeneração • O rotor e o campo girante movem-se no mesmo sentido, mas a velocidade mecânica ωM, é maior que a velocidade síncrona ωs . – Isso resulta em um escorregamento negativo. • Isso significa que a máquina está operando como gerador, entregando potência ao sistema de linha de alimentação à qual o estator estiver conectado. • Esta situação só pode ocorrer se tivermos um controlador capaz de variar a freqüência da CA de alimentação e se, a partir de um regime estável, a freqüência passar a ser diminuída. allenz NAI 27 INVERSORES-2002-2006 Modo Reversão • O campo girante gira em sentido oposto ao rotor, levando a um escorregamento: 2 > S > 1 • Isso ocorre se repentinamente provocando a mudança no sentido de rotação do campo pela inversão da conexão de duas das três fases da alimentação do estator; • O conjugado produzido (que tende a acompanhar o campo girante) se opõe ao movimento do rotor, levando a uma frenagem da máquina; • Enquanto estiver revertendo (desacelerando em um sentido) o conjugado presente é pequeno mas correntes são elevadas; • A energia retida na massa girante e dissipada internamente na máquina, levando-a ao aquecimento. O número de reversões deve ser comedido para não provocar superaquecimento devido ao acumulo sucessivo de calor; allenz NAI 28 INVERSORES-2002-2006 Métodos de Variação da Velocidade da Máquina de Indução • Do ponto de vista do acionamento, a velocidade de um motor de indução pode ser variada de uma das seguintes maneiras: – Controle da resistência do rotor (antigo); – Controle da tensão do estator (antigo); – Controle da freqüência do estator (antigo); – Controle da tensão e da freqüência do estator (controle escalar); – Controle da corrente (controle vetorial). allenz NAI 29 INVERSORES-2002-2006 Controle pela Resistência do Rotor • Para uma máquina de rotor bobinado é possível, externamente, colocar resistências que se somem à impedância própria do rotor: allenz NAI 30 INVERSORES-2002-2006 Controle pela Resistência • A variação de Rx permite mover a curva conjugado-Velocidade da máquina como mostrado nos três casos abaixo: allenz NAI 31 INVERSORES-2002-2006 Controle pela Resistência • Note que para um determinado conjugado, o aumento da resistência associada ao rotor leva a uma diminuição da velocidade mecânica. • Este método permite, além de limitar a corrente de partida, também elevar o conjugado de partida. • Obviamente é um método de baixa eficiência energética devido a dissipação de potência nas resistências. • O balanceamento das 3 fases é fundamental para a boa operação da máquina. • Este acionamento foi (é) usado especialmente em situações que requeriam um grande número de partidas/paradas, além de elevado conjugado. allenz NAI 32 INVERSORES-2002-2006 Controle pela Resistência • Os resistores podem ser substituídos por um retificador trifásico que “enxerga” uma resistência variável, determinada pelo ciclo de trabalho do transistor de saída (fig b); • Outros arranjos, permitem que, ao invés de se dissipar energia em uma resistência externa, se possa envia-la de volta a rede. A relação entre a tensão CC definida pelo retificador e a corrente Id refletem para o enrolamento do rotor como resistência equivalente (fig c). allenz NAI 33 INVERSORES-2002-2006 Controle Pela Tensão de Alimentação do Estator VVVV SSSS RRRR 3333 ) rrrr SSSS + 2222 XXXX XXXX rrrr 2222 SSSS    2222 2222 )] rrrr + XXXX 2222 VVVV SSSSXXXX SSSS rrrr ⋅ ) +( rrrr [(  +(   RRRR 3333 SSSS ⋅ ⋅ RRRR SSSS ωωωω CCCC = SSSS ⋅ rrrr    ⋅ RRRR ωωωω SSSS dddd = ⋅ 2222 CCCC Das equações do conjugado, podemos observar que: O conjugado é proporcional ao quadrado da tensão aplicada ao estator. Assim, para um dado conjugado resistente, uma redução na tensão provoca uma diminuição da velocidade (de fato um aumento no escorregamento). allenz NAI 34 INVERSORES-2002-2006 Controle Pela Tensão de Alimentação do Estator allenz NAI 35 INVERSORES-2002-2006 Controle Pela Tensão de Alimentação do Estator • Este tipo de acionamento não é aplicável a cargas que necessitem de: – Conjugado constante (independente da velocidade); – Elevado conjugado de partida. • Além do mais: – a faixa de ajuste da velocidade é relativamente pequena; – O ajuste é feito as custas de redução significativa do conjugado disponível. allenz NAI 36 INVERSORES-2002-2006 Controle Pela Tensão de Alimentação do Estator • Para que a performance desse tipo de acionamento seja satisfatória, motores especiais são construídos (denominados de classe D): – Tais motores possuem elevada resistência no enrolamento de rotor de modo que a faixa de variação de velocidade se torne maior e não seja muito severa a perda de conjugado em baixas velocidades. • O acionamento é simples e de baixo custo, justificando o uso para aplicações tais como de baixa performance ventiladores e bombas centrífugas, que exigem baixo conjugado de partida. allenz NAI 37 INVERSORES-2002-2006 Controle Pela Tensão de Alimentação do Estator allenz NAI 38 INVERSORES-2002-2006 Controle Pela Variação da Freqüência • O Conjugado do motor é dado por: C = ke × Φ m × I R Corrente rotórica Conjugado do motor • Já o fluxo pode ser resumido em: Fluxo magnético VS 1 VS = . φ0 ≅ ωS 2π f Assim, o Conjugado é dependente do fluxo e o fluxo, por sua vez, é dependente da freqüência! allenz NAI 39 INVERSORES-2002-2006 Controle Pela Variação da Freqüência • Pelas equações apresentadas anteriormente conclui-se que: – Manipulando-se apenas a freqüência da fonte de alimentação CA do estator, tanto a velocidade quanto o conjugado de um motor de indução, podem ser variados simultaneamente, de modo que: • A velocidade é diretamente proporcional a freqüência da CA; • O conjugado é inversamente proporcional a freqüência da CA. allenz NAI 40 INVERSORES-2002-2006 Controle Pela Variação da Freqüência • No entanto tal acionamento conveniente, pois: não é – reduzindo-se a freqüência, aumenta-se o fluxo levandose a uma saturação da máquina o que provoca a alteração da característica conjugado-velocidade. – Para baixas freqüências, com a diminuição das reatâncias, a corrente do estator tende a se elevar demasiadamente. – Se a freqüência for elevada acima da freqüência nominal, fluxo e conjugado diminuem, característica similar a dos motores CC, quando se faz elevação de velocidade por meio de enfraquecimento do campo. allenz NAI 41 INVERSORES-2002-2006 Controle Pela Variação da Freqüência • Uma alimentação deste tipo pode ser obtida por meio de um inversor que forneça uma tensão constante (valor eficaz), variando apenas a freqüência. allenz NAI 42 INVERSORES-2002-2006 Controle da Tensão e da Freqüência • Se a relação entre a tensão e a freqüência da alimentação do motor for mantida constante, o fluxo de entreferro não se altera, de modo que o conjugado máximo não se altera. • Uma vez que a tensão nominal da máquina não deve ser excedida, este tipo de acionamento aplica-se para velocidades iguais ou menores que a velocidade nominal. allenz NAI 43 INVERSORES-2002-2006 Controle com Variação da Tensão e da Freqüência • Consideremos a relação entre a tensão e a freqüência seja constante (Volts/Herts constante); • Dai pela lei de Lenz: dφ(t ) v( t ) = dt • O fluxo é constante: V0 1 V0 φ0 ≅ . = ω 2π f allenz NAI 44 INVERSORES-2002-2006 Conversores Estáticos de Freqüência • Concluímos então que para podermos variar a velocidade de um motor de indução mantendo o conjugado constante, devemos manter constante a relação tensão/freqüência; • O inversor que utiliza o princípio de manter V/Hz constante é denominado inversor escalar. • A figura mostra a característica conjugadovelocidade para uma excitação deste tipo, para velocidades abaixo da velocidade nominal. allenz NAI 45 INVERSORES-2002-2006 Controle da Tensão e da Freqüência allenz NAI 46 INVERSORES-2002-2006 Controle da Tensão e da Freqüência allenz NAI 47 INVERSORES-2002-2006 Controle da Tensão e da Freqüência • Notamos que o motor será capaz de girar em qualquer velocidade abaixo da nominal. • No entanto, em rotações muito baixas o motor perde a capacidade de produção de conjugado. – Isso ocorre em função das perdas existentes na resistência do estator, que se torna muito resistivo. • Uma das soluções possíveis é modificar a curva Volts/Hz, de modo a compensar este efeito. allenz NAI 48 INVERSORES-2002-2006 Controle da Tensão e da Freqüência 220V Compensação IxR Compensação Máxima Sem Compensação 60Hz allenz NAI 49 INVERSORES-2002-2006 Controle da Tensão e da Freqüência allenz NAI 50 INVERSORES-2002-2006 Controle com Variação da Tensão e da Freqüência • A novidade foi poder sintetizar de forma simples uma tensão trifásica com tensão e freqüência ajustáveis. • A idéia central é variar a velocidade do campo girante do motor, mantendo sua amplitude nominal, ou seja, conservando o fluxo magnético no valor especificado pelo fabricante. • O motor será capaz de girar em qualquer velocidade abaixo da nominal. • No entanto para rotações muito baixas, o motor ainda apresenta perda de capacidade de produzir conjugado... allenz NAI 51 INVERSORES-2002-2006 Sistemas Automáticos de Controle • Consiste num conjunto de elementos interligados em malha fechada, isto é, além do fluxo de informação no sentido direto (da entrada para a saída), existe outro no sentido contrário (da saída para a entrada), chamado de realimentação (feedback). allenz NAI 52 INVERSORES-2002-2006 Sistemas Automáticos de Controle PERTURBAÇÕES ENTRADA COMPA RADOR SAÍDA ELEMENTO FINAL DE COMANDO COMANDO SINAL DE COMANDO PLANTA VARIÁVEL MANIPULADA SENSOR VARIÁVEL CONTROLADA REALIMENTAÇÃO allenz NAI 53 INVERSORES-2002-2006 Estrutura Básica • Entradas / Saídas digitais • Entradas / Saídas analógicas • Interface serial CPU I.H.M Unidade de Controle Interfaces e "Drives" Etapa Retificadora allenz Link DC NAI Etapa Inversora Unidade de Potência 54 INVERSORES-2002-2006 Circuito de Potência AC allenz DC NAI AC 55 INVERSORES-2002-2006 Retificador Ponte não controlada na entrada que pode ser monofásica ou trifásica dependendo do modelo do inversor. + Ud + Ud REDE REDE - Ud - Ud allenz NAI 56 INVERSORES-2002-2006 Circuito Intermediário Filtra a tensão retificada diminuindo seu "ripple", e fornece a corrente de saída; Também faz a troca de reativos com o motor. K1 Circuito de pré-carga R C allenz NAI 57 INVERSORES-2002-2006 Etapa Inversora Os transistores operam como chaves (+) CH1 CH3 CH5 Link DC CH4 CH6 CH2 T1 T2 T3 (-) allenz NAI 58 INVERSORES-2002-2006 Etapa Inversora Transforma o nível de tensão CC do link em uma tensão alternada para que a mesma seja aplicada ao motor. Como é possível transformar uma tensão CC em tensão CA ? + Ud T1 + Ud CH1 T1 CH4 - Ud - Ud aberta CH1 CH4 fechada allenz NAI 59 INVERSORES-2002-2006 Modulação Sistema de modulação PWM ( Pulse Width Modulation ) portadora Senóide de referência Tensão média de saída Forma de onda da saída allenz NAI 60 Equação da Velocidade Mecânica (Rotórica) INVERSORES-2002-2006 Freqüência 120 ⋅ f nm = ⋅ (1 − s ) p Velocidade Assíncrona ou Mecânica allenz Escorregamento Número de pólos NAI 61 INVERSORES-2002-2006 Filosofias de Controle Equação de Conjugado do Motor C = ke × Φ m × I 2 Corrente rotórica Fluxo magnético Conjugado do motor Controle Escalar allenz Controle Vetorial NAI 62 INVERSORES-2002-2006 Controle Escalar O conjugado será constante se o produto entre o fluxo e a corrente rotórica for constante. C = ke × Φ m × I 2 Podemos considerar que I2 seja praticamente constante. Assim devemos avaliar como se comporta o fluxo. U ⇒ =K f U Φm = k1 × f allenz NAI 63 INVERSORES-2002-2006 Controle Vetorial • O controle vetorial é um método de controle, com uma visão da máquina e dos seus modelos dinâmicos, que toma em consideração tanto a amplitude das grandezas como a sua fase, fazendo utilização de "vetores espaciais", cujas projeções são as variáveis trifásicas. • Tradicionalmente o controle vetorial utiliza a estratégia de matrizes de transformação do sistema de 3 eixos para um sistema de 2 eixos (transformadas de Clark e Park). A estrutura de regulação (malha fechada) recebe assim duas constantes como referência: a componente do conjugado (sobre o eixo q) e a componente do fluxo (sobre o eixo d). allenz NAI 64 INVERSORES-2002-2006 Controle Vetorial Id = corrente de excitação Corrente de saída Iq = corrente de conjugado TRANSF Id Iq Integrador Tensão de saída allenz TRANSF Corrente de magnetização Valor estimado NAI 65 INVERSORES-2002-2006 Vetorial "Sensorless" regulador referência regulador n I Valor estimado Corrente de magnetização regulador PWM φ Valor estimado allenz NAI 66 INVERSORES-2002-2006 Vetorial com "Encoder" regulador referência regulador n Corrente de magnetização I regulador φ Valor real allenz PWM "Encoder" NAI 67 INVERSORES-2002-2006 Comparativos entre Tecnologias Característica Corrente Contínua Inversores de Freqüência Vetorial Escalar "Sensorless" C / "Encoder" Controle de Velocidade SIM SIM SIM SIM Controle de conjugado SIM NÃO NÃO SIM Sincronismo Com Precisão SIM NÃO NÃO SIM allenz NAI 68 INVERSORES-2002-2006 Comparativo entre Tecnologias Inversores de Freqüência Corrente Contínua Escalar Precisão de velocidade 0,025 % 1% 0,5 % 0,01 % Faixa de Variação de Velocidade 1:100 1:10 1:20 1:100 conjugado de Partida 150 % 100 % 150 % 150 % Característica allenz Vetorial NAI "Sensorless" C/ "Encoder" 69 INVERSORES-2002-2006 Características de Partida Tipo de Inversor Escalar Vetorial Sensorless Vetorial Com Encoder CP / CN 1,0 1,5 1,5 IP / IN 1,5 1,5 1,5 Valores máximos válidos para tempos de aceleração menores que 60 s. allenz NAI 70 INVERSORES-2002-2006 Características de Frenagem O inversor deve fazer com que o motor desacelere a carga e pare após um determinado tempo Sistemas normalmente aplicados : • Rampa de freqüência; • Frenagem reostática; • Frenagem regenerativa; • Frenagem por injeção de corrente contínua. allenz NAI 71 INVERSORES-2002-2006 Rampa de Freqüência Este sistema é eficiente para cargas de baixa até media inércia. f Tempo da Rampa programável allenz NAI t 72 INVERSORES-2002-2006 Rampa de Freqüência Para cargas com baixa inércia. REDE MOTOR Para cargas com inércia mais elevada. REDE GERADOR Sobretensão allenz NAI 73 INVERSORES-2002-2006 Frenagem Reostática Não deve haver sobre-tensão no Link CC, para evitar que o inversor entre em bloqueio na execução da rampa. Energia dissipada por efeito Joule Resistor de frenagem REDE GERADOR Módulo de frenagem allenz NAI 74 INVERSORES-2002-2006 Resistor de Frenagem  Tipo fita (maior porte) ou fio (menor porte);  O valor Ôhmico dependerá do modelo do inversor (maiores correntes implica em menores valores ôhmicos);  A potência de dissipação poderá ser definida através da seguinte relação : P Re sistor ≥ 0,2 × P Motor (valores em kW) allenz NAI 75 INVERSORES-2002-2006 Frenagem Regenerativa REDE MOTOR REDE GERADOR Ponte inversora Ponte regenerativa allenz NAI 76 INVERSORES-2002-2006 Frenagem por Injeção CC f Frenagem reostática Injeção de C.C. Freqüência mínima UCC trampa allenz tmorto NAI tCC t 77 INVERSORES-2002-2006 U/f Ajustável Permite a alteração da curva U/f padrão ajustando a característica de tensão e freqüência em uma condição não convencional. allenz NAI 78 INVERSORES-2002-2006 Rampa S Permite escolher uma rampa linear ou “S” para a aceleração e desaceleração. allenz NAI 79 INVERSORES-2002-2006 Potenciômetro Eletrônico Esta função permite que duas entradas digitais sejam programadas para acelerar e desacelerar o motor. Acelera Referência de freqüência Desacelera Potenciômetro eletrônico Habilitação allenz & NAI 80 INVERSORES-2002-2006 "Multispeed" Ajuste de velocidades pré-definidas, através de combinações de entradas digitais. Um CLP pode comandar as entradas digitais do Inversor. DI´s f3 f2 f4 f1 f8 f5 f7 f6 allenz NAI 81 INVERSORES-2002-2006 Ciclo Automático Esta função permite que o motor execute uma seqüência préprogramada de velocidades, em tempos pré-definidos. allenz NAI 82 INVERSORES-2002-2006 Compensação de Escorregamento Referência de velocidade velocidade V Corrente Ativa da saída ∆ n allenz NAI 83 INVERSORES-2002-2006 Rejeição de Freqüências Permite que o Inversor rejeite freqüências indesejada como por exemplo freqüências que causam ressonância mecânica na máquina (vibração excessiva). Velocidade Motor Banda Proibida Banda Proibida n1 allenz n2 NAI Referência 84 INVERSORES-2002-2006 “Ride Through” tFalta < 2 s Tensão no link DC Pulsos de saída desabilitado Tempo ajustável Tensão de saída Freqüência de saída allenz NAI 85 INVERSORES-2002-2006 Regulador P.I.D Esta função permite controlar automaticamente através de ação P.I.D , nível, pressão, vazão, temperatura, etc. Velocidade Referência REGULADOR PID (Inversor) (Sinal padronizado) PROCESSO Realimentação allenz NAI 86 INVERSORES-2002-2006 Regulador de Velocidade Esta função permite a regulação da velocidade do motor em malha fechada, através de realimentação por “encoder”. Velocidade Referência REGULADOR PI (Inversor) ("Encoder" incremental) PROCESSO Realimentação allenz NAI 87 INVERSORES-2002-2006 Linha de Produtos Inversores de Freqüência USA allenz Canadá NAI Europa 88 INVERSORES-2002-2006 Características Gerais  Certificações Internacionais  Faixa de freqüência de saída 0...300 Hz  Ponte inversora a transistor IGBT  IHM remota para painéis (cabos de 1/2, 1, 2, 5, 7.5 ou 10 m)  Interface serial RS-232 ou RS-485 allenz NAI 89 INVERSORES-2002-2006 Características Gerais Padronização de programação Produtos de nível internacional (exportação) Compatibilidade eletromagnética “EMC” Grau de proteção IP20 e NEMA 1 (CFW-09) allenz NAI 90 INVERSORES-2002-2006 Características Gerais  Rampa Linear e rampa tipo “S”  Frenagem CC  Compensação I x R manual e automática  Função de JOG  Curva U/F ajustável allenz NAI 91 INVERSORES-2002-2006 Características Gerais  Função “Multi-Speed” - 8 velocidades  Rejeição de freqüências críticas  “Ride-Through” (operação durante falhas momentâneas da rede)  Compensação de escorregamento allenz NAI 92 INVERSORES-2002-2006 µLINE Características Gerais  Função “Flying Start” (partida com motor girando) CFW-07  Frenagem Reostática incorporada  Regulador PID Superposto (Versão HVAC) CFW-09  Função Flying Start (partida com motor girando)  Função Ride-Through (quedas momentâneas da rede)  H.M.I. com função COPY allenz NAI 93 INVERSORES-2002-2006 Regulador de Velocidade µLINE CARACTERÍSTICAS CFW-07 CFW-09 Alimentação Monofásica (Vca) 200-240 220-230 220-230 Alimentação Trifásica (Vca) 200-240 220-230 380-480 380-480 220-230 380-480 Entradas digitais programáveis 04 03 06 Saídas digitais programáveis 01 02 03 Entradas analógicas programáveis 01 02 02 Saídas analógicas programáveis -- 01 02 2,5 / 5 10 2,5 / 5 Freqüência de chaveamento (kHz) allenz NAI 1,25 / 2,5 / 5 / 10 94 INVERSORES-2002-2006 Características Gerais Inversor Tensão de I Nom. do Alimentação CFW (A) CFW-09 CFW-07 uLINE Motor (CV) I Nom. do CFW (A) Motor (CV) I Nom. do CFW (A) Motor (CV) 220 Vca 1,6 0,25 1,8 0,33 6,0 1,5 Monofásico 2,6 0,5 2,6 0,5 7,0 2,0 4,0 1,0 4,1 1,0 10 3,0 6,0 1,5 7,3 2,0 10 3,0 allenz NAI 95 INVERSORES-2002-2006 Características Gerais Inversor Tensão de I Nom. do Alimentação CFW (A) 220 Vca Trifásico allenz CFW-07 uLINE 7,0 Motor (CV) 2,0 I Nom. do CFW (A) CFW-09 Motor (CV) 10 3,0 16 5,0 NAI I Nom. do CFW (A) 6 7 10 13 16 24 28 45 54 70 86 105 130 Motor (CV) 1,5 2,0 3,0 4,0 6,0 7,5 10 15 20 25 30 40 50 96 INVERSORES-2002-2006 Características Gerais Inversor Tensão de I Nom. do Alimentação CFW (A) allenz CFW-07 uLINE Motor (CV) I Nom. do CFW (A) Motor (CV) 380 Vca 1,0 0,25 2,6 1,0 Trifásico 1,6 0,5 4,1 2,0 2,6 1,0 6,5 3,0 4,0 2,0 9,3 5,0 13 7,5 16 10 NAI 97 INVERSORES-2002-2006 Características Gerais Inversor CFW-09 Tensão de I Nom. do Alimentação CFW (A) 380 Vca Trifásico allenz 3,0 4,0 5,0 9,0 13 16 24 30 38 45 Motor (CV) I Nom. do CFW (A) Motor (CV) 1,5 2,0 3,0 5,0 7,5 10 15 20 25 30 60 70 86 105 142 180 240 361 450 600 40 50 60 75 100 125 150 270 300 400 NAI 98 INVERSORES-2002-2006 Características Gerais Inversor uLINE Tensão de I Nom. do Alimentação CFW (A) allenz CFW-07 Motor (CV) I Nom. do CFW (A) Motor (CV) 440 Vca 1,0 0,33 2,6 1,5 Trifásico 1,6 0,75 4,1 2,0 2,6 1,5 6,5 4,0 4,0 2,0 9,3 6,0 13 7,5 16 12,5 NAI 99 INVERSORES-2002-2006 Características Gerais Inversor CFW-09 Tensão de I Nom. do Alimentação CFW (A) 440 Vca Trifásico allenz 3,0 4,0 5,0 9,0 13 16 24 30 38 45 Motor (CV) I Nom. do CFW (A) Motor (CV) 1,5 2,0 3,0 6,0 10 12,5 15 20 25 30 60 70 86 105 142 180 240 361 450 600 40 50 60 75 100 150 200 300 350 500 NAI 100 INVERSORES-2002-2006 Proteções  Curto-Circuito na saída (Fase-fase e fase-terra)  Sobrecarga no motor ( I x t )  Subtensão e sobretensão  Falta de fase na alimentação  Sobretemperatura na Potência  Erro de programação  Erro da comunicação Serial allenz NAI 101 INVERSORES-2002-2006 "Motordrive" MDW-01 Controle Escalar allenz NAI 102 INVERSORES-2002-2006 Características Gerais O que é ? O motordrive consiste de um motor de indução e um inversor de freqüência formando uma unidade integrada, compacta e robusta allenz NAI 103 INVERSORES-2002-2006 Características Gerais Produto Inovador Motor + Inversor (unidade integrada do mesmo fabricante) Rotação Nominal 1800 rpm (IV pólos) e 3600 rpm (II pólos) Classe de isolação “F” Carcaça de alumínio allenz NAI 104 INVERSORES-2002-2006 Características Gerais Formas construtivas do motor: B3T (com pés - padrão), B35T (com pés e flange FFespecial) e B34T (com pés e flange C - especial) Controle microprocessado Modulação PWM senoidal Interface homem-máquina remota (opcional composta por display e cabo de 2, 5 ou 10 m) Mesmas características elétricas e proteções do CFW-07 allenz NAI 105 INVERSORES-2002-2006 Especificação Tensão de Alimentação 220 Vca Modelo MDW-01 Motor (CV / Vca) Carcaça 2,0/1AC.220-230 2 / 220 90 S/L Monofásico allenz 220 Vca 2,0/3AC.220-230 2 / 220 90S Trifásico 3,0/3AC.220-230 3 / 220 90L 5,0/3AC.220-230 5 / 220 100L 380 Vca 2,0/3AC.380-480 2 / 380-480 90S Trifásico 3,0/3AC.380-480 3 / 380-480 90L 5,0/3AC.380-480 5 / 380-480 100L NAI 106 INVERSORES-2002-2006 Vantagens Elevada compactação Robustez elevada (Inversor IP55) Custo reduzido da instalação elétrica Eliminação de problemas entre motor e Inversor Padronização de programação com uLINE, CFW-07, CFW-09 Frenagem reostática incorporada (standard) allenz NAI 107