41
2 Conversores de freqüência 1 O motor assíncrono................................................................................................ 4 1.1 Princípio de funcionamento ................................................................................ 4 1.2 Motor com rotor em gaiola de esquilo ................................................................. 5 1.3 Motor com rotor bobinado (motor de anéis) ........................................................ 5 1.4 Circuito equivalente do motor assíncrono ........................................................... 5 2 Equações da máquina assíncrona ......................................................................... 6 2.1 Força eletromotriz e corrente induzida................................................................ 6 2.2 Conjugado eletromagnético ................................................................................ 7 3 Característica conjugado velocidade ................................................................... 7 4 Característica corrente velocidade ...................................................................... 8 5 Regiões de operação de uma máquina assíncrona................................................ 8 6 Regulação da velocidade do motor assíncrono por variação de freqüência ........... 9 7 Conversores estáticos de freqüência ................................................................... 10 8 Conversores de freqüência com modulação por largura de pulsos ...................... 10 9 Constituição básica do controlador eletrônico ...................................................... 11 9.1 Microcontrolador ............................................................................................... 11 9.2 Memórias (EPROM . EEPROM . RAM) ............................................................ 12 9.3 Entrada e saída de dados no conversor de freqüência ..................................... 12 10 Funcionamento do conversor de freqüência ........................................................ 13 11 Modulação Por largura de pulsos senoidal ........................................................... 14 12 Controle escalar ................................................................................................... 15 13 Controle vetorial ................................................................................................... 16 13.1 Vantagens do conversor com controle vetorial: ............................................. 16 14 Características e funções básicas dos conversores de freqüência....................... 16 14.1 Parâmetros comuns ...................................................................................... 16 14.1.1 Seleção da referência de freqüência ...................................................... 16 14.1.2 Freqüência mínima ................................................................................ 17 14.1.3 Freqüência máxima ............................................................................... 17 14.1.4 Tempo de aceleração ............................................................................ 17 14.1.5 Tempo de desaceleração....................................................................... 17 14.1.6 Corrente limite para sobrecarga ............................................................. 17 14.1.7 Característica V / F ................................................................................ 17 14.1.8 Reforço ( boost ) da tensão de partida ................................................... 17 14.1.9 Compensação do escorregamento ........................................................ 17 14.1.10 Freqüência de chaveamento.................................................................. 17 14.1.11 Rejeição de freqüências criticas............................................................. 18 14.1.12 Rampa "S" ............................................................................................. 18 15 Algumas funções especiais dos conversores de freqüência................................. 19 15.1 Ciclo automático ........................................................................................... 19 15.2 Multi-speed ................................................................................................... 19 15.3 Partida com o motor girando ( flying start ).................................................... 19 15.4 Frenagem reostática ..................................................................................... 19 15.5 Frenagem por corrente contínua ................................................................... 20 16 Regulador PID superposto tipo proporcional, integral e derivativo ....................... 21 16.1 Introdução ..................................................................................................... 21 16.2 Circuitos de regulação .................................................................................. 21 16.2.1 Sistema de Controle em Malha Fechada ............................................... 21 16.3 Realimentação de velocidade por tacogerador de pulsos ............................. 22 17 Observações e considerações importantes.......................................................... 22 18 Aplicação de conversores de freqüência .............................................................. 24 18.1 Introdução ..................................................................................................... 24 19 Tipos de conjugados resistentes .......................................................................... 24 19.1 Conjugado constante (x = 0) ......................................................................... 24

Conversores de Frequencia

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  • 2Conversores de freqncia1 O motor assncrono................................................................................................41.1 Princpio de funcionamento ................................................................................41.2 Motor com rotor em gaiola de esquilo.................................................................51.3 Motor com rotor bobinado (motor de anis) ........................................................51.4 Circuito equivalente do motor assncrono...........................................................5

    2 Equaes da mquina assncrona .........................................................................62.1 Fora eletromotriz e corrente induzida................................................................62.2 Conjugado eletromagntico................................................................................7

    3 Caracterstica conjugado velocidade...................................................................74 Caracterstica corrente velocidade ......................................................................85 Regies de operao de uma mquina assncrona................................................86 Regulao da velocidade do motor assncrono por variao de freqncia ...........97 Conversores estticos de freqncia ...................................................................108 Conversores de freqncia com modulao por largura de pulsos ......................109 Constituio bsica do controlador eletrnico ......................................................119.1 Microcontrolador...............................................................................................119.2 Memrias (EPROM . EEPROM . RAM) ............................................................129.3 Entrada e sada de dados no conversor de freqncia.....................................12

    10 Funcionamento do conversor de freqncia ........................................................1311 Modulao Por largura de pulsos senoidal...........................................................1412 Controle escalar...................................................................................................1513 Controle vetorial...................................................................................................1613.1 Vantagens do conversor com controle vetorial:.............................................16

    14 Caractersticas e funes bsicas dos conversores de freqncia.......................1614.1 Parmetros comuns......................................................................................1614.1.1 Seleo da referncia de freqncia......................................................1614.1.2 Freqncia mnima ................................................................................1714.1.3 Freqncia mxima ...............................................................................1714.1.4 Tempo de acelerao ............................................................................1714.1.5 Tempo de desacelerao.......................................................................1714.1.6 Corrente limite para sobrecarga.............................................................1714.1.7 Caracterstica V / F ................................................................................1714.1.8 Reforo ( boost ) da tenso de partida ...................................................1714.1.9 Compensao do escorregamento ........................................................1714.1.10 Freqncia de chaveamento..................................................................1714.1.11 Rejeio de freqncias criticas.............................................................1814.1.12 Rampa "S" .............................................................................................18

    15 Algumas funes especiais dos conversores de freqncia.................................1915.1 Ciclo automtico ...........................................................................................1915.2 Multi-speed ...................................................................................................1915.3 Partida com o motor girando ( flying start )....................................................1915.4 Frenagem reosttica .....................................................................................1915.5 Frenagem por corrente contnua...................................................................20

    16 Regulador PID superposto tipo proporcional, integral e derivativo .......................2116.1 Introduo.....................................................................................................2116.2 Circuitos de regulao ..................................................................................2116.2.1 Sistema de Controle em Malha Fechada ...............................................21

    16.3 Realimentao de velocidade por tacogerador de pulsos .............................2217 Observaes e consideraes importantes..........................................................2218 Aplicao de conversores de freqncia..............................................................2418.1 Introduo.....................................................................................................24

    19 Tipos de conjugados resistentes..........................................................................2419.1 Conjugado constante (x = 0) .........................................................................24

  • 319.2 Conjugado linear (x=1)..................................................................................25Conjugado quadrtico (x=2) ....................................................................................2519.4 Conjugado hiperblico (x=1) .........................................................................2619.5 Conjugados no definidos.............................................................................26

    20 Critrios de aplicao...........................................................................................2720.1 Operao abaixo da rotao nominal............................................................2720.2 Motores autoventilados .................................................................................2820.3 Motores com ventilao independente..........................................................2920.4 Operao acima da rotao nominal.............................................................2920.5 Operao em ambientes com temperatura elevada (T > 40 C) ...................30Operao em regies de altitude elevada (ALT. > 1000 m) .....................................3020.7 Consideraes sobre acionamentos multimotores ........................................3120.7.1 Sistema de acionamento monoconversor ..............................................3120.7.2 Sistema de acionamento multiconversores ............................................32

    20.8 Consideraes sobre acionamento de motor monofsico .............................3221 Efeito dos harmnicos na rede.............................................................................3321.1 Fator de potncia e fator de deslocamento ...................................................33Utilizao de reatncia de rede ...............................................................................3421.3 Utilizao de filtro de rdio freqncia ..........................................................3521.4 Correo do fator de potncia.......................................................................3621.4.1 Cuidados para a Instalao de bancos de capacitores na presena deharmnicos ..........................................................................................................3621.4.2 Efeitos dos harmnicos sobre capacitores.............................................3621.4.3 Sobretenses decorrentes de harmnicos.............................................3621.4.4 Soluo para o problema de ressonncia ..............................................37

    22 Aplicaes tpicas ................................................................................................3722.1 Consideraes gerais ...................................................................................3722.2 Bombas ........................................................................................................3722.2.1 Bombas dinmicas ou turbobombas ......................................................3722.2.2 Bombas de deslocamento positivo ou volumtricas ...............................38

    22.3 Ventiladores..................................................................................................3822.4 Sistemas de refrigerao e ar condicionado .................................................3822.5 Torno de superfcie / laminador desfolhador .................................................3822.6 Sistemas de transporte .................................................................................3922.7 Extrusoras.....................................................................................................4022.8 Trefilas..........................................................................................................4022.9 Misturadores .................................................................................................4022.10 Sistemas de elevao...................................................................................4022.11 Bobinadores e desbobinadores.....................................................................4122.12 Fresadoras....................................................................................................4122.13 Sistemas de dosagem...................................................................................4222.14 Centrfugas ...................................................................................................4222.15 Moinhos a tambor .........................................................................................42

  • 41 O motor assncrono1.1 Princpio de funcionamentoOs motores assncronos ou de induo , por serem os mais robustos e mais baratos, so osmotores mais amplamente empregados na indstria. A ausncia do comutador grandevantagem dos motores assncronos sobre os motores de corrente contnua.Na mquina assncrona, existe um conjunto de bobinas no estator alimentadas por uma redetrifsica e que produzem um campo magntico girante. Imerso neste campo est o rotor, que constitudo por enrolamento em curto circuito. O movimento de rotao do fluxo produz umatenso nos condutores do rotor. Como o enrolamento est fechado, haver portanto ,circulao de corrente. Devido indutncia natural do enrolamento, essa corrente estatrasada com relao tenso. A interao da corrente de rotor e do fluxo de estator , resultaem um conjugado desenvolvido no rotor , na mesma direo do campo girante.A velocidade do campo conhecida como velocidade sncrona (nS) , dada por:

    O rotor sempre ir girar com uma rotao abaixo da rotao do campo girante (velocidadesncrona) e, portanto, haver corrente e conjugado induzidos. A diferena relativa entre asvelocidades do rotor e do fluxo do estator conhecida como escorregamento e representadapor:

    Se o motor gira a uma velocidade diferente da velocidade sncrona, o enrolamento do rotorcorta as linhas de fora magnticas do campo girante e, pelas leis do eletromagnetismo,circularo nele correntes induzidas. Quanto maior a carga , maior dever ser o conjugado paraacion-la. Para obter um maior conjugado, proporcionalmente ter que ser maior a diferena develocidades entre rotor e o campo girante no estator para que as correntes induzidas e oscampos produzidos seja maiores. Portanto , medida que a carga aumenta , cai a rotao domotor. Quando a carga for zero (motor a vazio) o rotor ir girar quase na rotao sncrona.A freqncia da corrente induzida no rotor igual ao escorregamento multiplicado pelafreqncia do estator. Ou seja:

    n fpfp

    S120.

    frequncia em Hertznmero de plos do motor

    s n nnsnn

    s

    s

    s

    escorregamentovelocidade sncronavelocidade rotrica

    f s fff

    2 1

    2

    1

    .freqncia da corrente rotrica [ Hz ]freqncia da corrente estatrica [ Hz ]

  • 5A vazio o escorregamento muito pequeno , assim como no rotor, sua reatncia e sua f.e.m.induzida so muito pequenas. Assim , a corrente do rotor reduzida , apenas o suficiente paraproduzir o conjugado necessrio a vazio. O fator de potncia extremamente baixo e ematraso , com cos < 0,3 , pois a corrente que circula no motor utilizada apenas para a suamagnetizao.Quando uma carga mecnica aplicada ao rotor , a velocidade decresce um pouco. Opequeno decrscimo na velocidade causa um aumento no escorregamento, na freqnciarotrica , na sua reatncia e na sua fora eletromotriz induzida. O aumento da corrente induzidano rotor reflete num aumento da corrente primria do estator . Uma corrente maior serproduzida no estator , com melhor fator de potncia, tendendo a produzir mais potnciamecnica e solicitar mais potncia da linha. plena carga o motor de induo ir girar a umescorregamento que corresponde ao equilbrio entre o conjugado desenvolvido e o conjugadoresistente da carga.O fator de potncia a plena carga varia de 0,8 (em pequenos motores de com potncia emtorno de 1CV ) e aproximadamente 0,95 (nos grandes motores , acima de 150 CV). Com oaumento da carga , o fator de potncia aproxima-se de um mximo e ento decrescerapidamente.

    1.2 Motor com rotor em gaiola de esquiloOs motores desta categoria so comumente chamados de motores de gaiola de esquilo. Ocircuito rotrico constitudo de barras isoladas e interligadas nas extremidades por anis emcurto-circuito.

    1.3 Motor com rotor bobinado (motor de anis)O motor de anis possui a mesma caracterstica construtiva do motor de induo com relaoa estator , mas o seu rotor bobinado com um enrolamento trifsico , acessvel externamenteatravs de trs anis com escovas coletoras no eixo.Graas caracterstica do ajuste da curva de conjugado por rotao em funo do aumento daresistncia rotrica pela incluso de resistores externos , estes motores so utilizados noacionamento de cargas de inrcia elevada e com alto conjugado resistente de partida. Poroutro lado , para acionamentos com baixa inrcia , estes motores podem apresentar correntesde acelerao reduzidas.

    1.4 Circuito equivalente do motor assncronoQuando o escorregamento do varia entre 0 e 1 , haver f.e.m. induzida no rotor e,consequentemente haver converso eletromecnica de potncia. Nesta situao , vlido ocircuito equivalente mostrado a seguir.

    E1 : tenso de rotor I1 : corrente de rotor IE : corrente de excitao

  • 6 E2 : tenso de rotor referida ao estator I2 : corrente de rotor R1 : resistncia do enrolamento de estator X1 : reatncia de estator Rp : resistncia associada as perdas no ncleo magntico Xp : reatncia de magnetizao R2 : resistncia de rotor referida ao estator X2 : reatncia de rotor referida ao estator

    2 Equaes da mquina assncrona2.1 Fora eletromotriz e corrente induzidaA fora eletromotriz induzida no rotor funo do escorregamento. Com o rotor parado, ocampo rotativo estatrico gira com a mesma velocidade com relao aos enrolamentos do rotore estator, induzindo no circuito rotrico uma f.e.m. proporcional freqncia de rotor (f1).Quando o rotor est bloqueado, a tenses induzidas no rotor e estator so dadasrespectivamente por:

    Na presena de escorregamento, tem-se:

    Portanto:

    Desta forma a anlise da mquina pode ser descrita de forma aproximada por:

    A equao acima mostra de forma aproximada o comportamento do fluxo de magnetizao datenso e freqncia de estator.

    E f N KE f N K

    EEK KN N

    f f

    m e

    m e

    e e

    m

    1 1 1 1

    2 2 2 2

    1

    2

    1 2

    1 2

    2 1

    4 444 44, . . . ., . . . .

    ,,

    Fora contra eletromotriz induzida no estatorFora eletromotriz induzida no rotor

    Fator de enrolamento do estator e rotor , respectivamenteNmero de espiras do estator e rotor , respectivamente

    Fluxo de magnetizaoPara rotor bloqueado

    f s f2 1.

    E s Es2 2.

    MEf1

    1

  • 72.2 Conjugado eletromagnticoA interao entre a corrente de rotor e o fluxo produzido por cada plo unitrio do campomagntico girante que concatena o condutor do rotor , resulta no conjugado motor , que dadopor:

    Onde: K = Constante de conjugado para o nmero de plos, enrolamento, converso de

    unidades, etc. cos 2 = fator de potncia do circuito rotrico

    M = fluxo de magnetizao I2 = corrente de rotorPara um estudo aproximado da mquina, a expresso do conjugado pode ser simplificada por:

    Por sua vez, a corrente de rotor dada por:

    Onde : Z2 = Impedncia rotrica E2 = Fora eletromotriz induzida no rotor s = escorregamentoO conjugado desenvolvido funo do escorregamento , isto , com o aumento da cargaaplicada mquina, aumenta-se o escorregamento e consequentemente o conjugadodesenvolvido. Esta relao apresenta um limite, com o qual consegue-se obter o conjugadomximo, e a partir do qual, aumentando-se o escorregamento aumenta-se a Impednciarotrica , diminuindo-se o conjugado.

    3 Caracterstica conjugado velocidade a curva que mostra a dependncia entre o conjugado desenvolvido por um motor eltrico e asua rotao. Nos motores de induo assncronos o conjugado disponvel aumenta medidaque a velocidade rotrica diminui em relao velocidade sncrona, at a velocidade ondeocorre o conjugado mximo. A relao entre o conjugado e a rotao de um motor definidapara freqncias e tenses especficas, com uma certa carga aplicada ao motor.

    C K IM. . .cos2 2

    C IM . 2

    I s ER s X2

    2

    22 2

    22

    ..

  • 84 Caracterstica corrente velocidadeA corrente do motor assncrono depende diretamente da velocidade , diminuindo seu valor medida em que a rotao se aproxima da rotao sncrona.

    O efeito da carga o de reduzir ligeiramente a velocidade , fazendo com que a correnteconsumida pelo motor aumente. A corrente de partida pode atingir de 5 a 7 vezes a correntenominal.

    5 Regies de operao de uma mquina assncronaA mquina sncrona pode funcionar em trs regies distintas de operao:a) Regio motora: A mquina aciona a carga e a velocidade do rotor situa-se entre zero e a

    rotao sncrona.b) Regio geradora: A mquina acionada por uma fonte externa de energia mecnica a uma

    rotao acima da rotao sncrona. Nesta regio funciona o gerador de induo.c) Regio de frenagem por inverso de fases: Nesta regio, duas fases so invertidas com o

    motor ainda em funcionamento. O sentido de rotao do campo girante passa a ser opostoao do rotor e carga passa a ser freada .

  • 96 Regulao da velocidade do motor assncrono por variaode freqncia

    Ao se variar a freqncia da tenso do estator , varia-se a velocidade do campo girante. Comisto pode se variar a velocidade do rotor , mantendo-se constante o escorregamento damquina e , portanto , as perdas podem ser otimizadas de acordo com as condies da carga.Quando se regula a velocidade de um motor assncrono por variao de freqncia , existemteoricamente duas faixas de atuao:a) Fluxo constante: Nesta regio a freqncia de estator varia entre zero e a freqncia

    nominal e a relao entre a tenso e freqncia mantida constante ( U / F = constante ).b) Enfraquecimento de campo: A freqncia maior que a nominal e a tenso de estator

    mantida constante . O fluxo magntico de estator nesta regio decresce com o aumento dafreqncia.

    Para que as duas faixas mencionadas se tornem possveis de serem realizadas , hnecessidade das seguintes consideraes:a) Se um motor auto-ventilado trabalha com velocidade menor que a nominal, ter sua

    capacidade de refrigerao diminuda.b) A tenso de sada dos conversores apresenta uma forma no senoidal , o que implica em

    harmnicas de ordem superior , que provocam um aumento de perdas no motor .Devido s consideraes mencionadas anteriormente, torna-se necessrio reduzir o conjugadoe potncias admissveis no motor. Recomenda-se seguir a curva mostrada a seguir.

    O valor de K est entre 0,7 e 1,0 e depende do contedo de harmnicas do conversor.

  • 10

    7 Conversores estticos de freqnciaO mais eficiente mtodo de controle de velocidade de motores assncronos trifsicos , commenores perdas no dispositivo responsvel pela variao da velocidade, consiste na variaoda freqncia da fonte alimentadora por meio de conversores estticos de freqncia. Paraesta tcnica , podemos considerar as seguintes relaes:

    Onde:M = Fluxo de magnetizao

    I2 = Corrente do rotor V1 = Tenso de estator f1 = Freqncia da redePara possibilitar a operao do motor com conjugado constante para diferentes velocidades,deve-se fazer variar a tenso V1 proporcionalmente com a variao da freqncia f1 mantendo-se desta forma o fluxo constante.

    8 Conversores de freqncia com modulao por largura depulsos

    C I

    Vf

    M

    M

    . 2

    1

    1

  • 11

    Um conversor de freqncia com modulao por largura de pulsos consiste basicamente dosseguintes blocos:a) Fonte de tenso contnua elaborada a partir de uma ponte retificadora alimentada por uma

    rede monofsica ou trifsica;b) Filtro capacitivo;c) Inversor constitudo de transistores de potncia.d) ControladorA ponte retificadora de diodos transforma a tenso alternada de entrada em uma tensocontnua que filtrada por um banco de capacitores. O circuito de corrente contnua chamado de circuito intermedirio . Esta tenso contnua alimenta uma ponte inversoraformada por transistores de potncia ( BJT, IGBT ou MOSFET ) e diodos roda livre. O comandodas bases dos transistores , feito pelo microcontrolador , permite a gerao de pulsos para omotor com tenso e freqncia controladas. O formato dos pulsos obedece ao princpio demodulao denominado de PWM senoidal, que permite um acionamento com correntepraticamente senoidal no motor. Usando-se transistores , ao invs de tiristores , no circuitoinversor , evita-se a utilizao de elementos de comutao .Para formar um sistema de tenses trifsicas com um conversor, os transistores sochaveados com sinais gerados pelo microcontrolador numa seqncia preestabelecida ,gerando uma forma de onda retangular ou escalonada de um sistema trifsico nos terminais desada CA.Aumentando-se ou diminuindo-se a taxa de variao do chaveamento , pode-se alterar afreqncia do sistema trifsico gerado, inclusive aumentando a freqncia acima do valor darede , uma vez que a converso CC desacopla a sada da entrada.O circuito de controle responsvel pela gerao dos pulsos para conduo dos transistores,monitorao e proteo dos componentes de potncia , interpretao dos comandos externos ,proteo e segurana.

    9 Constituio bsica do controlador eletrnicoOs controladores eletrnicos dos conversores de freqncia na atualidade so constitudosbasicamente de controladores lgicos digitais, que executam todas as funes operacionais doconversor, como: gerao dos pulsos de disparo dos transistores, monitorao e proteo doscomponentes de potncia, interpretao dos comandos, implementao das funes especiaisde controle, etc. De uma forma genrica, o controlador pode ser basicamente dividido nasseguintes partes:- Microcontrolador (CPU)- Memrias (EPROM - EEPROM - RAM)- Sistema de entrada e sada de dadosCada parte do controlador tem uma funo especfica, ao qual veremos a seguir.

    9.1 MicrocontroladorO Microcontrolador, ou unidade central de processamento (UCP), a unidade responsvel emcoordenar todas as tarefas e executar os clculos. Ela tambm pode ser chamada deprocessador e pode ser dividida em trs partes bsicas: Unidade Lgica Aritmtica (ULA),Unidade de Controle e Rede de Registradores.A unidade aritmtica a responsvel pela execuo dos clculos com os dados. Por exemplo,as operaes lgicas bsicas (E, OU, etc.) entre dois dados ou as operaes aritmticas comosoma, diviso, subtrao, multiplicao, etc.A unidade de controle a responsvel Por gerar os sinais de controle para os sistemas, comoleitura ou escrita da memria, de sincronizao de interface de comunicao, enfim, todos ossinais de controle necessrios para o sistema.

  • 12

    A rede de registradores constituda Por uma srie de registradores que so utilizadosgeralmente para armazenar dados temporariamente, dados que esto sendo manipulados peloprocessador, ou registrador utilizado como contador de programa, ou ainda, registradorutilizado como armazenador de endereos, etc.Com o avano da microeletrnica, a construo de microprocessadores dedicados(microcontroladores) tomou-se mais generalizada, onde todas as funes que anteriormenteeram executadas atravs da utilizao de vrios circuitos integrados individuais, foram sendocondensadas em um nico circuito integrado (CHIP). Da ento se tomou perceptvel adistino entre microprocessadores, que so circuitos integrados para aplicao genrica emicrocontroladores, que so circuitos integrados para aplicaes dedicadas.

    9.2 Memrias (EPROM . EEPROM . RAM)As memrias em circuito integrado pode ser divididas em dos grupos distintos:- Memria ROM (Read Only Memory) - Memria apenas de leitura- Memria RAM (Random Acess Memory) - Memria de acesso aleatrioAs memrias ROM so designadas como memrias de programa Por serem memrias que nopodem ser alteradas pelo programa, porm tem a vantagem de no perderem as suasinformaes mesmo quando desligada a alimentao. As memrias ROM so utilizadas paraarmazenar os programas ou dados que no necessitam ser alterados.Entre os principais tipos de memrias ROM, podem ser destacados os seguintes:- ROM MSCARA - So memrias nas quais as informaes so gravadas em sua

    fabricao.- PROM (Programmable Read Only Memory) - So memrias que podem ser eletricamente

    programveis, porm, aps programadas, o seu contedo no pode ser mais alterado.- EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) - So memrias que podem ser

    eletricamente programveis e podem ser apagadas posteriormente, para seremreutilizadas com uma nova programao. Para serem apagadas, estas memrias devemser expostas luz ultravioleta.

    - EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory) - Tambm so memriasque podem ser eletricamente programveis e podem ser apagadas posteriormente, paraserem reutilizadas com uma nova programao. Estas memrias podem ser apagadasatravs de sinais eltricos, o que as toma muito mais versteis onde necessrioprogramar dados que devem ser alterados continuamente, mas que no podem serperdidos quando da falta de alimentao. Este tipo de memria que utilizadainternamente dos controladores dos conversores de freqncia, pois nela que searmazenam os dados referentes aos parmetros de operao e caractersticas defuncionamento do conversor, dados que so alterados conforme as caractersticas daaplicao e que no podem ser perdidos quando da desenergizao do conversor.

    As memrias RAM so designadas como memrias de dados e so memrias que podem serlidas ou gravadas pelo programa. As memrias RAM so utilizadas para armazenartemporariamente dados que so alterados no decorrer do programa. As memrias RAMpossuem a caracterstica de perder os dados armazenados quando da falta de alimentao, eatualmente, elas j se encontram incorporadas no mesmo circuito integrado doMicrocontrolador, visando a diminuio de espao e nmero de componentes na placa decircuito impresso.

    9.3 Entrada e sada de dados no conversor de freqnciaO sistema de entrada e sada de dados composto Por dispositivos que possibilitam aconexo do conversor de freqncias e o ambiente externo. Os dispositivos mais comuns so: Interface homem-mquina : um dispositivo Por meio do qual o operador pode inserir

    parmetros de operao na memria do conversor, como , Por exemplo : ajuste develocidade, tempo de acelerao e desacelerao, freqncia mxima e mnima , limitaode corrente etc. possvel tambm acessar dados internos do conversor , como :velocidade do motor , corrente e tenso fornecida , freqncia de sada , protees atuadasetc.

  • 13

    Entradas e sadas analgicas : Permitem controlar e monitorar o conversor Por meio desinais eletrnicos analgicos , tais como : sinais de tenso ( 0 a 10V ) ou de corrente ( 0 a20 mA, 4 a 20mA ). Por meio destes sinais pode - se fazer o controle de velocidade(entrada) e leituras de corrente ou freqncia ( sada).

    Entradas e sadas digitais : Possibilitam o controle e monitorao do conversor Por meio desinais discretos ( digitais ). Este tipo de controle permite basicamente o acesso a funessimples como a seleo do sentido de rotao, bloqueio , seleo de velocidades pr -programadas etc.

    Interface de comunicao serial : Permite que o conversor seja controlado e monitoradoremotamente Por um sistema de processamento central (computador , SDCD , CLP), quePor vez , pode acessar os parmetros de programao do conversor. Os sistemas decomunicao normalmente utilizam os padres de comunicao RS-232 ou RS-485.

    10 Funcionamento do conversor de freqnciaComparados com tiristores, os transistores podem chavear muito mais rapidamente. Portanto ,possuem uma vasta rea de aplicao em inversores de alta freqncia que empregammodulao por largura de pulsos. A maior desvantagem do que os transistores necessitam decorrente contnua na base durante todo o perodo de conduo.A variao U/f feita linearmente at a freqncia nominal do motor (50/60 Hz), acima desta, atenso que j a nominal permanece constante e h ento apenas a variao da freqnciaque aplicada ao enrolamento do estator.Com isto determinamos uma rea acima da freqncia nominal que chamamos regio deenfraquecimento de campo, ou seja, uma regio onde o fluxo comea a decrescer e, portanto,o conjugado tambm comea a diminuir.Assim a curva caracterstica conjugado x velocidade do motor acionado com conversor defreqncia pode ser colocada da seguinte maneira :

    Podemos notar ento, que o conjugado permanece constante at a freqncia nominal e, destaforma, comea a decrescer. A potncia de sada do conversor de freqncia comporta-se damesma forma que a variao U/f, ou seja, cresce linearmente at a freqncia nominalpermanece constante acima desta.

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    A figura a seguir mostra o comportamento conjugado x velocidade, idealizado da mquinaassncrona em todos os quadrantes de acionamento. Com a variao da freqncia obtm-seum deslocamento paralelo da curva caracterstica conjugado x velocidade em relao curvacaracterstica para freqncia nominal (50 ou 60 Hz).

    Ou tambm de uma forma mais simplificada :

    11 Modulao Por largura de pulsos senoidalCom este mtodo os transistores de potncia so acionados e desligados em uma freqnciaelevada, de modo que o valor mdio da tenso de sada varie de forma senoidal. A modulaoPor largura de pulsos possui harmnicos de ordem muito menor que outras formas de ondapulsantes , tais como : formas de onda quadrada, onda trapezoidal , onda escalonada e pulsosde largura no controlada.

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    Para determinar os pontos de conduo necessrios para sintetizar corretamente a modulaopor largura de pulsos, um mtodo pode ser usado tomando-se uma senide de referncia e ,atravs do circuito de controle , comparar a senide com uma forma de onda triangular , comomostra a figura. Em (a) tem-se uma tenso de sada mxima, em (b) uma tenso de sadareduzida pela metade e em (c) a metade da tenso e metade da freqncia.

    12 Controle escalarO controle escalar utilizado por conversores de freqncia convencionais , onde necessriaapenas a variao de velocidade em aplicaes normais e que no requerem elevadassolicitaes dinmicas , preciso , nem controle de conjugado (corrente).

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    Em um sistema de controle escalar , possvel uma preciso de velocidade de at 0,5% darotao nominal sem variao de carga, e de 3% a 5% com variao de carga de 0 a 100% doconjugado nominal. Pelo princpio de funcionamento e aplicao , so utilizados na maioria dasvezes motores de induo convencionais sem nenhum sistema de realimentao develocidade. A faixa de variao de velocidade pequena e da ordem de 1:10.Com estas caractersticas o conversor de freqncia convencional (escalar ) , utilizado commais freqncia, pois apresenta um custo relativo menor que o conversor com o controlevetorial, como tambm em relao a um acionamento por motor CC e conversor CA/CC.

    13 Controle vetorialEm aplicaes nas quais o alto desempenho dinmico ( repostas rpidas e alta preciso deregulao) , o motor eltrico dever fornecer um controle preciso de conjugado para uma amplafaixa de condies de operao. Para tais aplicaes os acionamentos de corrente contnuasempre representam uma soluo adequada , pois, a proporcionalidade da corrente dearmadura , do fluxo e do conjugado num motor de corrente contnua proporciona um meiodireto para o controle de conjugado.No motor assncrono a corrente de estator responsvel por gerar o fluxo de magnetizao e ofluxo de conjugado, no permitindo que este ltimo possa ser controlado diretamente. Nosconversores de freqncia convencionais , a variao de velocidade obtida variando-se atenso e a freqncia aplicadas ao motor sem levar em conta as variaes da impedinciainterna dos enrolamentos e os fenmenos de saturao.O controle vetorial uma forma de regulao que possibilita a avaliao individual dascomponentes eltricas internas do motor de corrente alternada ( resistncias e indutncias ) ,permitindo uma regulao mais precisa .O circuito de potncia do conversor de freqncia vetorial no diferente de um conversor defreqncia escalar, sendo composto dos mesmos blocos funcionais. O controlador vetorialcalcula a corrente necessria para determinar a conjugado requerido pela mquina,monitorando a corrente de estator.

    13.1 Vantagens do conversor com controle vetorial:- Elevada preciso de regulao de velocidade (0,01%);- Alta performance dinmica;- Controle de conjugado linear para aplicaes de posio ou de trao;- Operao suave em baixa velocidade e sem oscilaes de conjugado, mesmo com variaode carga.O controle vetorial representa, sem dvida, um avano tecnolgico significativo, aliando asperformances dinmicas de um acionamento CC e as vantagens de um motor CC porm, emalguns sistemas que utilizam controle vetorial necessrio o uso de tacogerador de pulsosacoplado ao motor para que se tenha uma melhor dinmica, o que toma o motor especial.porem disso, a funo de regenerao mais complicada, pois requer circuitos adicionais taiscomo ponte retificadora antiparalela na entrada e hardware adicionais para regenerao, emcomparao a um acionamento Por motor CC e conversor CA/CC.

    14 Caractersticas e funes bsicas dos conversores defreqncia

    14.1 Parmetros comuns

    14.1.1 Seleo da referncia de freqncia possvel selecionar qual ser a referncia de freqncia utilizada pelo conversor, que podeser estabelecida na IHM, por meio do canal serial ou atravs das entradas analgicas oudigitais.

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    14.1.2 Freqncia mnimaPermite determinar mnima freqncia de sadia entregue ao motor pelo conversor.

    14.1.3 Freqncia mximaDetermina a mxima freqncia de sada do conversor.

    14.1.4 Tempo de aceleraoEstabelece o tempo que conversor leva para variar de 0 Hz at o limite superior da faixa defreqncia selecionada.

    14.1.5 Tempo de desaceleraoEstabelece o tempo que conversor leva para variar do limite superior da faixa de freqnciaselecionada at 0 Hz.

    14.1.6 Corrente limite para sobrecargaDefine o valor mximo para a corrente de sada do conversor. Deve ser determinada em funodo motor a ser utilizado.

    14.1.7 Caracterstica V / FDetermina a relao entre a tenso / freqncia na sadia do conversor. Normalmente possvel estabelecer uma relao linear para motores de 50Hz ou 60Hz ou ainda uma relaoarbitrria.

    14.1.8 Reforo ( boost ) da tenso de partidaAumenta a relao V / F em baixas freqncias , de modo a permitir a partida de cargas comconjugado resistente de partida elevado.

    14.1.9 Compensao do escorregamentoPermite melhorar a regulao de velocidade com as variaes de carga. Com a compensaode escorregamento a freqncia de sadia aumentada na proporo do aumento da corrente.

    14.1.10 Freqncia de chaveamentoEstabelece qual deve ser a freqncia de chaveamento dos transistores de do inversor desada. Freqncias de chaveamento elevadas implicam em menor rudo acstico no motor,porm aumentam as perdas nos semicondutores, elevando sua temperatura e reduzindo suavida til.

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    A reduo da freqncia de chaveamento , por sua vez , colabora na reduo de problemas deinstabilidade e ressonncias que ocorrem em determinadas condies de aplicao.

    14.1.11 Rejeio de freqncias criticasPermite ao conversor a possibilidade de evitar a operao em determinadas freqnciascrticas que possam provocar ressonncia no acionamento mecnico acoplado ao motor,causando vibrao e rudo indesejveis.

    14.1.12 Rampa "S"Possibilita a substituio das convencionais rampas de acelerao lineares por rampas do tipo"S" , as quais impem ao motor e carga maior suavidade nos instantes de acelerao edesacelerao.

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    15 Algumas funes especiais dos conversores de freqncia16.1. Regulao de velocidade em malha fechada uma utilizada quando se necessita de alta preciso de velocidade , independente devariaes nas condies da carga.Para garantir uma preciso elevada o conversor faz o controle de velocidade do motor emmalha fechada, o que torna necessrio a utilizao de um sinal de realimentao develocidade. A realimentao de velocidade obtida por meio de um transdutor de velocidade (encoder incremental) acoplado ao eixo do motor.

    15.1 Ciclo automticoO ciclo automtico utilizado para acionar um motor em uma determinada seqncia deoperao que repetida a cada liberao do conversor.O ciclo , aps iniciado, pode ser interrompido , sendo que a parada da mquina ocorreseguindo a rampa de desacelerao, e poder ser reiniciado a partir do mesmo ponto em queocorreu a parada. Ao final do ciclo completo , o conversor aguardar um comando externo quehabilite o inicio de um novo ciclo.

    15.2 Multi-speedEsta funo permite a variao da freqncia de sada do conversor atravs de combinaesdas entradas digitais, que por sua vez podem comandadas por vrias formas , tais como:chaves seletoras , contatores, rels, chaves fim-de-curso etc. Seu uso recomendado quandose necessita de duas ou mais velocidades fixas e pr-definidas.

    15.3 Partida com o motor girando ( flying start )Este recurso utilizado quando necessrio o religamento do motor com o conversor defreqncia mesmo que o motor ainda esteja em movimento. Quando o motor ainda encontra-se girando , existe um magnetismo residual que faz com que seja gerada uma tenso nos seusterminais. Com o religamento do conversor , surgem picos transitrios de corrente que podemlevar a atuao da proteo contra curto circuito e ao bloqueio do conversor.O recurso "flying start" faz com que o conversor imponha a tenso de alimentao sem queocorra o bloqueio causado pelo pico transitrio de corrente.

    15.4 Frenagem reostticaEste tipo de frenagem utilizada nos casos em que so desejados tempos de desaceleraocurtos ou quando forem acionadas cargas de elevada inrcia.

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    Durante os perodos de desacelerao o motor passa a funcionar como gerador e a energiaretorna atravs do inversor , fazendo com que a tenso no circuito intermedirio aumente.Neste momento conectado ao circuito intermedirio um resistor para dissipar a energiadevolvida pela carga.

    15.5 Frenagem por corrente contnuaNeste caso, a frenagem do motor conseguida removendo-se a alimentao CA e aplicando-se uma tenso contnua em seu estator.Durante a frenagem CC , necessrio um intervalo para a desmagnetizao do motor, demodo a evitar um pico de corrente no conversor.

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    16 Regulador PID superposto tipo proporcional, integral ederivativo

    16.1 IntroduoO uso de conversor de freqncia comum em aplicaes de controle de processos. Nestescasos, deseja-se controlar uma determinada grandeza do processo, sendo a velocidade domotor variada para tanto.A incorporao da funo regulador PID em um conversor de freqncia transforma oacionamento do sistema em malha aberta para um sistema em malha fechada (realimentado),o que permite um controle automtico do processo, a partir de uma referncia (set-point)definida pelo mesmo e ajustada (programada) diretamente no conversor de freqncia. Comoexemplo temos o controle de vazio:

    Em muitas aplicaes, com a utilizao do Regulador PID interno evita-se o uso de umcontrolador de processo externo ao conversor.

    16.2 Circuitos de regulaoO principal objetivo de um conversor regular a velocidade do motor, tomando-a insensvel svariaes de carga. Atravs de um sinal de referncia (Ex.: 0-10 Vcc, 0-15 Vcc, 0-2O mA, 4-20mA, etc.) ajustamos um nvel de velocidade desejado, que dever ser mantido independente dacarga. Para a construo de circuitos de regulao so usados amplificadores operacionais,cujas principais caractersticas so : Alta Impedncia de entrada, alto ganho e baixa inrcia.Os circuitos de regulao devem possuir as seguintes caractersticas :1 - Baixo desvio entre o valor de controle e o valor controlado;2 - Alta estabilidade;3 - Boa dinmica de regulao, isto , aps uma perturbao a nova condio em regimepermanente deve ser atingida o mais rpido possvel

    16.2.1 Sistema de Controle em Malha FechadaNeste tipo de sistema, a varivel de sada regulada mediante o envio de uma amostra de seuvalor entrada (realimentao). Na figura a seguir temos um diagrama simplificado de umsistema em malha fechada.

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    Um exemplo prtico o do conjunto motor, realimentado Por tacogerador. Neste caso, otacogerador (G) informa ao conversor qualquer variao de velocidade que ocorra no motor.Desta forma, o conversor, atravs de seus reguladores, alteram a frequncia de sada,modificando assim a velocidade do motor. Logo, quanto mais rpida for a resposta dosreguladores, menor ser a variao da velocidade e mais estvel ser o sistema.

    16.3 Realimentao de velocidade por tacogerador de pulsosA configurao padro do conversor apresenta controle de velocidade em malha aberta. Nestecaso a preciso de velocidade depende do escorregamento do motor. Valores tpicos deregulao situam-se entre 3% a 5% da velocidade nominal para variaes de carga no eixo deO a 1OO% da carga nominal.A operao em lao fechado de velocidade tem o objetivo de melhorar a preciso desta com asvariaes de carga. Para isto, deve ser acoplado ao eixo do motor um encoder do tipoincremental (tacogerador de pulsos) utilizado como sensor de velocidade.Neste caso possvel atingir-se uma preciso de at O,5%, para uma variao de carga de Oa 1OO% da carga nominal, com velocidades entre 1O% a lOO% da rotao nominal.

    Alm da instalao do encoder incremental, o conversor dever ser configurado para operarcomo "regulador de velocidade". Com esta configurao, o conversor utiliza o regulador PIDinterno para que o conversor tenha uma resposta otimizada na regulao de velocidade (amais rpida e sem oscilaes), para cada tipo de aplicao.

    17 Observaes e consideraes importantes1. Quanto menor a tenso e a freqncia do estator, mais significativa a queda de tenso

    no estator, de modo que para baixas freqncias, mantendo-se a proporcionalidade entre afreqncia e a tenso, o fluxo e consequentemente o conjugado da mquina diminuibastante. Para que isto seja evitado, a tenso do estator para baixas freqncias deve sera1-lmentada, atravs da compensao lxR, conforme figura a seguir:

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    Para a faixa compreendida entre 0 a aproximadamente 10 Hz, a relao entre Ui e no determinada facilmente, pois dependem tanto de f1 (freqncia estatrica) como de f2(freqncia rotrica). Portanto, a elevao da tenso em baixas freqncias depende tambmda freqncia do escorregamento e consequentemente da carga.

    2. Relaes U1/f1 acima dos valores nominais esto limitadas em funo de que para altosvalores de tenso ocorre a saturao e o conseqente enfraquecimento do campo.Combinando as equaes j apresentadas e com a considerao de pequenos valores deescorregamento e supondo f2 proporcional a f1, podemos dizer que:- o conjugado mximo decresce com o quadrado da velocidade;- o conjugado nominal decresce hiperbolicamente com a velocidade, e decresce

    aproximadamente com o quadrado do fluxo;

    3. Em funo de que as formas de onda, tanto de tenso como de corrente, produzidas pelosconversores de freqncia no so senoidais, com um alto contedo de harmnicos de 5a,7a, 11a e 13a ordem, as perdas nos motores so maiores. Portanto, faz-se necessrio umareduo nas caractersticas nominais do motor de aproximadamente 10%.

    4. O controle de velocidade de mquinas assncronas, principalmente em aplicaes queexigem elevadas dinmicas do acionamento, mais difcil do que nas mquinas decorrente contnua. Ao contrrio do motor CC, no qual as grandezas que resultam noconjugado motor, ou seja, a corrente de amadura e corrente de campo podem sercontroladas, no motor assncrono apenas a corrente do estator acessvel. A corrente demagnetizao e a corrente do rotor podem ser determinadas apenas indiretamente.Entretanto, altas performances de acionamentos CA podem ser tambm alcanadasquando, por processos de decomposio vetorial, a corrente do estator dividida em duascomponentes, uma componente de fluxo e outra de conjugado, onde ambas socontroladas independentemente, de forma anloga aos acionamentos com motores CC deexcitao independentemente.

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    18 Aplicao de conversores de freqncia18.1 IntroduoAfirmar que uma carga mecnica requer uma determinada potncia P, equivalente a dizerque esta carga necessita de um dado conjugado C, a uma dada veleidade de rotao n.Matematicamente existem infinitas combinaes de C e n de modo a resultar no mesmo valorde P; fisicamente, contudo, uma especfica carga mecnica associa-se a um nico par (C,n) erespectivamente a uma potncia P, atravs da relao:

    onde:P = PotnciaC = Conjugadon = Rotaok = Constante relacionada com unidades utilizadasA curva C em funo de n uma caracterstica fundamental para o processo de seleo domotor adequado ao acionamento, sendo que o conjugado resistente depende da carga, mastodos podem ser representados pela expresso:

    onde:Cc = Conjugado resistente da cargaCo = Conjugado da carga para rotao zerokc = Constante que depende da cargax = Parmetro que depende da carga, podendo assumir os valores -1, 0, 1, 2De acordo com a equao, percebe-se que o conjugado da carga varia com a rotao n. Estavariao depende do parmetro 'x", e em funo deste as cargas podem ser classificadas emquatro grupos:- Cargas com conjugado resistente CONSTANTE- Cargas com conjugado resistente LINEAR- Cargas com conjugado resistente QUADRTICO- Cargas com conjugado resistente HIPERBLICO

    19 Tipos de conjugados resistentes19.1 Conjugado constante (x = 0)Para este tipo de carga o parmetro x igual a zero, ficando:

    Nas mquinas deste tipo, o conjugado permanece constante durante a variao de velocidade,e a potncia aumenta proporcionalmente com a velocidade. Logo:

    P= k. n

    Onde k uma constante que depende da carga.Alguns exemplos de aplicaes tpicas: equipamentos de iamento (guindastes, elevadores decarga), correias transportadoras, laminadores, extrusoras, bombas de deslocamento positivo,bombas de presso controlada.A relao do conjugado e da potncia da carga em relao a rotao mostrada na figura aseguir:

    P C nk.

    C C K nc c x0 .

    C C K cons tec c0 tan

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    19.2 Conjugado linear (x=1)Neste grupo de carga, faz-se o parmetro x igual a 1, de onde temos:

    Nestes tipos de mquina o conjugado varia linearmente com a rotao e a potncia com oquadrado da rotao. Portanto:

    Exemplos de aplicaes tpicas: calandras, freios a corrente de Foucault. A figura a seguirmostra este caso:

    19.3 Conjugado quadrtico (x=2)Neste caso, faz-se o parmetro x igual a 2, e o conjugado dado por :

    Neste caso o conjugado varia com o quadrado da rotao e a potncia com o cubo da rotao.Logo:

    Alguns exemplos de aplicaes tpicas: bombas centrfugas, ventiladores centrfugos,agitadores, compressores, etc., que representam as cargas tpicas para ser acionadas porconversor de freqncia. A figura a seguir mostra este caso:

    C C K n linearc c0 .

    P C n K nc c0 2. .

    C C K n parabolicoc c0 2.

    P C n K nc c0 3. .

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    19.4 Conjugado hiperblico (x=1)Para este grupo de carga, temos o parmetro x = -1, e o seu conjugado dado por:

    Neste tipo de carga desprezamos a constante C0 pois a mesma teria valor infinito, pois pelaexpresso acima pode-se perceber que para n=0 o conjugado seria infinito, o que no temsentido fsico. Este fato na prtica no acontece porque a rotao da mquina s pode variarentre um limite mnimo (n0) e mximo (n2).A potncia, neste caso, permanece constante, isto , no varia com a rotao, ou seja:

    Exemplos de aplicao: bobinadores, tornos de superfcie, mandrilhadoras, furadeiras,perfuratriz, tornos, tipos de agitadores. A figura a seguir representa este caso:

    19.5 Conjugados no definidosNeste caso a equao genrica do conjugado no pode ser aplicada, pois no podemosdeterminar sua equao de maneira precisa, logo temos que determinar o seu conjugadoutilizando tcnicas de integrao grfica. Na prtica, analisa-se como conjugado constante,pelo mximo valor de conjugado absorvido.

    C Kncc

    P k cons tec c tan

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    20 Critrios de aplicao20.1 Operao abaixo da rotao nominalConsiderando-se que as perdas no cobre so resultado da corrente do motor, ento a perda depotncia ser proporcional carga. Dessa forma, se o motor gira mais lento, com a mesmacorrente nominal (determinada pela carga) gerando a mesma perda de potncia que ocorre emvelocidades mais elevadas, o motor se sobreaquece, pois h um menor fluxo de ar derefrigerao disponvel quando o ventilador do motor se movimenta em velocidades menores(motores autoventilados). Quando o motor utilizado em aplicaes para controle deventiladores ou bombas centrfugas, a carga normalmente diminui, conforme a velocidade sereduz, dessa forma o sobreaquecimento deixa de existir. Em aplicaes onde o motor devedesenvolver pleno conjugado (100% da corrente) em baixa velocidade, osuperdimensionamento ou utilizao de motores com um fator de servio mais elevado se tomanecessrio.

    Geralmente, em aplicaes que possuam carga com conjugado constante e variao develocidade de 0 a 50% da rotao nominal, utiliza-se o fator K de reduo de potncia, dafigura anterior, ou se quisermos, poderemos utilizar o fator de servio e/ou o aumento da classede isolamento para manter o conjugado constante.

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    Observao:Chama-se fator de servio (FS) o fator que aplicado potncia nominal, indica a cargapermissvel que pode ser aplicada continuamente no motor, sob condies especificadas. Noteque se trata de uma capacidade de sobrecarga continua, ou seja, uma reserva de potncia qued ao motor uma capacidade de ainda suportar o funcionamento em condies desfavorveis.O fator de servio no deve ser confundido com a capacidade de sobrecarga momentnea,durante alguns segundos. O fator de servio FS = 1,o, significa que o motor no foi projetadopara funcionar continuamente acima da sua potncia nominal. Isto, entretanto, no muda a suacapacidade para sobrecargas momentneas.

    20.2 Motores autoventiladosPara a operao com motores autoventilados padres, aconselhvel a utilizao de operaona faixa entre 50% a 100% da rotao nominal, faixa em que o ventilador acoplado ao prprioeixo do motor ainda possui eficincia na refrigerao. Para rotaes abaixo de 50%, em casode cargas com conjugado constante, necessrio o sobredimensionamento da carcaa domotor, ou atravs do simples aumento da potncia nominal do motor, ou ento atravs dafabricao de um motor especial com a carcaa sobredimensionada, a fim de prover a devidarefrigerao do motor.Para o clculo da carcaa a ser utilizada, deve-se levar em considerao o conjugadonecessrio pela carga a ser acionada e a faixa de variao de velocidade. Definindo-se avelocidade mnima de operao, utiliza-se o grfico abaixo:

    Pelo valor da freqncia mnima (rotao mnima) necessria aplicao, utilizando o grfico,defini-se o valor do conjugado mximo disponvel (em p.u.) no motor sem ocorrersobreaquecimento, utilizando a potncia necessria ao acionamento.Com este valor, defini-se ento o novo conjugado do motor (sobredimensionado) que deveriaser utilizado sem sobreaquecimento utilizando o conjugado necessrio para acionar a carga,por:

    Com o conjugado sobredimensionado obtido, define-se atravs de uma tabela decaractersticas de motores padres, qual o motor que possui este conjugado. Este motorportanto ter a carcaa que perimir a utilizao na faixa de rotaes necessria sem oproblema de sobreaquecimento, fornecendo o conjugado necessrio para acionar a carga.Pode-se ento utilizar este motor diretamente, que estar sobredimensionado em carcaa etambm em potncia, ou ento utilizar um motor que possua esta carcaa sobredimensionada,mas com a potncia ajustada ao acionamento, atravs da bobinarem de enrolamentos emcarcaa maior (motor especial).

    C C ker ensionadoc a

    sup dimarg

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    20.3 Motores com ventilao independenteCom a utilizao de motores com ventilao independente, no existir mais o problema desobreaquecimento do motor por reduo de refrigerao, podendo o mesmo ser dimensionadocom a carcaa normal e potncia necessria ao acionamento. Para motores com ventilaoindependente, o ventilador que era acoplado ao prprio eixo do motor agora acoplado umoutro motor independente, que geralmente acoplado ao motor principal por intermdio deuma flange defletora especial (reforada) que permite o suporte mecnico do motor daventilao.

    20.4 Operao acima da rotao nominalUm motor padro para operar em rede de freqncia de 50 ou 60 Hz pode girar a freqnciasmais altas quando alimentado por um conversor de freqncia. A velocidade mxima dependedos limites de isolao para a tenso do motor e seu balanceamento mecnico.Neste caso, como o motor funcionar com enfraquecimento de campo, a mxima velocidadeestar limitada pelo conjugado disponvel do motor e pela mxima velocidade perifrica daspartes girantes do motor (ventilador, rotor, mancais).

    Casos especiais:

    A potncia admissvel de um conversor de freqncia determinada levando-se emconsiderao, principalmente, dois fatores:- Altitude em que o conversor ser instalado;

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    - Temperatura do meio refrigerante;Conforme a NBR-7094, as condies usuais de servio, so:a) Altitude no superior a 1000 m acima do nvel do mar;b) Meio refrigerante (ar ambiente) com temperatura no superior a 40 oC;Nos casos em que o conversor deva trabalhar com temperatura do ar de refrigerao napotncia nominal, motor do que 40oC e/ou em altitude maior do que 1000m acima do nvel domar, deve-se considerar os seguintes fatores de reduo:

    20.5 Operao em ambientes com temperatura elevada (T > 40 C)A reduo da potncia (corrente) nominal do conversor de freqncia, devido elevao datemperatura ambiente, acima de 40C e limitada a 50C, dada pela relao e grfico a seguir:

    20.6 Operao em regies de altitude elevada (ALT. > 1000 m)Conversores funcionando em altitudes acima de 1000 m , apresentam problemas deaquecimento causado pela rarefao do ar e, consequentemente, diminuio do seu poder dearrefecimento.A insuficiente troca de calor entre o conversor e o ar circundante, leva a exigncia de reduode perdas, o que significa, tambm reduo de potncia. Os conversores tem aquecimentodiretamente proporcional s perdas e estas variam, aproximadamente, numa razo quadrticacom a potncia.Segundo a norma NBR-7094, os limites de elevao de temperatura devero ser reduzidos de1% para cada 100 m de altitude acima de 1000 m.A reduo da potncia (corrente) nominal do conversor de freqncia, devido elevao daaltitude acima de 1000 m e limitada a 4000 m, dada pela relao e grfico a seguir:

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    20.7 Consideraes sobre acionamentos multimotoresOs conversores de freqncia podem alimentar mltiplos motores, controlando-os na mesmaproporo para dar partida/parada em uma mquina, tal como um sistema transportador.

    20.7.1 Sistema de acionamento monoconversorPara este acionamento considera-se a utilizao de um conversor para cada motor, e osincronismo entre os motores pode ser obtido utilizando-se uma lgica (equipamentos) auxiliarpara permitir que se tenha a acelerao/desacelerao do sistema em conjunto para que noaconteam sobrecargas individuais em alguns motores.Um sistema possvel de se interligar os conversores demonstrado na figura a seguir, em umaconfigurao designada "Mestre-Escravo", onde a referncia principal de velocidade colocadano conversor "Mestre", e a partir deste conversor enviado um sinal de referncia develocidade para o conversor seguinte, e assim sucessivamente para os demais conversores"Escravos" em cascata.

    Como caractersticas deste tipo de acionamento podemos citar:a) A proteo de cada motor feita individualmente e diretamente pelo respectivo conversor e

    fusveis ultra-rpidos.b) A potncia de cada conversor a prpria potncia do motor acionado.c) Pode haver o desligamento e religamento de cada motor individualmente, caso no seja

    necessrio o sincronismo entre todos os motores.

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    20.7.2 Sistema de acionamento multiconversoresPara este acionamento considera-se a utilizao de um conversor para vrios motores, e osincronismo entre os motores obtido pela simples injeo da mesma freqncia dealimentao para todos os motores. A figura a seguir demonstra a ligao destes motores:

    Como caractersticas deste tipo de acionamento podemos citar:

    a) A proteo de cada motor feita atravs de um rel trmico adicional, individualmente paracada motor na sada do conversor.

    b) A potncia do conversor igual a somatria de todas as potncias dos motores acionados.c) No pode haver o desligamento e religamento de cada motor individualmente, pois isto

    seria encarado como a condio de uma partida direta do motor, ocasionando um pico decorrente no religamento que causaria o bloqueio do conversor por sobrecorrente. No casode desligamento de um motor, necessrio o desligamento de toda a mquina para aposterior partida conjunta pela rampa de acelerao.

    20.8 Consideraes sobre acionamento de motor monofsicoO acionamento de motores monofsicos no pode ser feito atravs da utilizao deconversores de freqncia, devido aos princpios fsicos de funcionamento (partida) do motor.Em motores monofsicos, a partida efetuada atravs da utilizao de um enrolamentoestatrico auxiliar e de um capacitor de partida, que de uma forma genrica, causam umadeformao no campo girante do motor, que por sua vez produz conjugado. Aps o processode partida, quando o motor atinge uma determinada velocidade, um contato auxiliar (centrfugo)desconecta o enrolamento auxiliar e o capacitor da rede, operando o motor apenas com oenrolamento principal conectado rede.Caso fosse utilizado um conversor de freqncia, o mesmo teria de ter sua sada monofsica ehaveria a necessidade da utilizao do enrolamento auxiliar e do capacitor para a partida(criao de campo girante). Como a tenso de sada do conversor possui uma forma de ondapulsante (PWM), a utilizao do capacitor se toma proibitiva, pois os pulsos de tensocausariam a destruio do capacitor.

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    21 Efeito dos harmnicos na rede21.1 Fator de potncia e fator de deslocamentoQuando se trabalha com retificadores a diodo e filtro capacitivo, deve-se ter um cuidadoespecial para no confundir o fator de potncia com o fator de deslocamento (cos p). O fator depotncia dado por:

    onde:FP = Fator de potnciaP = Potncia mdia de entrada do circuitoV;f = Valor eficaz da tenso senoidal de entradaI,f= Valor eficaz da corrente total de entrada.

    Devido a corrente de entrada possuir harmnicas, temos:

    sendo:li(t) = Corrente total de entrada

    n = Ordem da harmnica de corrente.

    Como a transferncia de potncia ativa ocorre para harmnicas de tenso e corrente damesma ordem, a potncia mdia de entrada ser definida por:

    onde:lief = Valor eficaz da componente fundamental da corrente de carga = Angulo de deslocamento entre a tenso e a componente fundamental da corrente de

    entrada.Portanto, substituindo combinando-se as equaes, tem-se:

    ou

    Definindo-se taxa de distoro harmnica (TDH):

    FP PV Iief ief.

    I t I t I ti i in( ) ( ) ( )1

    I tin ( ) = Somatrio das harmnicas de corrente

    I I Iief ef inef2 12 2

    P V Iief ief. .cos

    FP II I

    i ef

    i ef inef

    1

    12 2

    cos

    cos

    II1

    1FP

    2ef1i

    2inef

    THD IIinef

    i ef

    2

    1

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    Obtm-se:

    Dessa forma, para se ter fator de potncia unitrio, necessrio:- Deslocamento nulo entre tenso de entrada e a fundamental da corrente de entrada (cos = );- Ausncia de harmnicas de corrente.Portanto, se a forma de onda da corrente de entrada apresentar harmnicas (corrente nosenoidal), o fator de potncia deixar de ser unitrio, mesmo que o fator de deslocamento(cos ) seja unitrio.Na figura abaixo possvel observar que o fator de potncia ser igual ao fator dedeslocamento para correntes de entrada puramente senoidais.

    21.2 Utilizao de reatncia de redeA utilizao de reatncias trifsicas entre a rede e a entrada do conversor possibilita o efeito defiltragem das correntes de entrada reduzindo as harmnicas nestas. Como resultado tem-se:- reduo da corrente RMS de entrada;- aumento do fator de potncia;- aumento da vida til dos capacitores do circuito intermedirio;- diminuio da distoro harmnica na rede de alimentao.A rede, ou transformador de alimentao, dever apresentar uma capacidade mnima de 1,5vezes a potncia em kVA do conversor, para que este opere corretamente, sem problemas deaquecimento devido a existncia de correntes harmnicas.Os critrios para utilizao ou no destas so os seguintes:

    a) Utilizar quando:- conversor com corrente < 50, potncia da rede (ou transformador) de alimentao > 500

    kVA e queda na cablagem de alimentao do conversor < 2% na corrente nominal deentrada;

    - conversores com corrente > ou = 50A alimentados direto da rede;- vrios conversores em um painel alimentados pela mesma rede;- desejado fator de potncia na entrada > 0,9 na condio nominal.

    b) No utilizar quando:- conversor com corrente < 50A, potncia da rede (ou transformador) de alimentao < ou =

    500 kVA;- conversor com corrente < 50A, potncia da rede (ou transformador) de alimentao >500

    kVA e queda na cablagem de alimentao do conversor > 2% na corrente nominal deentrada;

    FP ITHDi ef1

    21cos

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    - forem utilizados transformadores, ou autotransformadores, para alimentao individual deconversores (potncia menor que 3 vezes a potncia em kVA do conversor). A prpriareatncia de disperso de fluxo do transformador associado a resistncia hmica dos fiosfazem o papel da reatncia de rede, sendo esta portanto, dispensvel.

    Deve-se dimensionar estas reatncias para uma queda de tenso de 2% a 4% da tensonominal de entrada quando circular a corrente nominal do conversor. Isto se faz necessriopelo fato de que no se deve ter uma distoro na forma de onda da tenso de rede maior doque 4%.

    Comparao entre as componentes harmnicas Includas na corrente quando o conversor acionado para diferentes capacidades, com e sem reatncia de rede.

    Comparao entre as componentes harmnicas Includas na corrente quando o conversor acionado para diferentes condies de carga e diferentes valores de lmpedncia da reatncia

    21.3 Utilizao de filtro de rdio freqnciaOs conversores de freqncia transmitem fortes ondas eletromagnticas de alta freqncia,que podem interferir em outros equipamentos eletrnicos. Os seguintes cuidados reduzem estainterferncia:- instalao do conversor dentro de um painel metlico (aterrado);- uso de cabos blindados para conexes do motor;- aterramento de boa qualidade (baixa resistncia);- uso de filtros supressores na alimentao do conversor.

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    O uso de filtros supressores se faz necessrio pelo fato de que na corrente pulsante que circulaentre o conversor e a rede existem alm das harmnicas de baixa ordem (harmnicas de 5a, 7a,11a e13a ordem basicamente), harmnicas de ordem superior que ultrapassam a freqncia de100 kHz (rdio freqncia). A reatncia de rede que est instalada na entrada do conversor utilizada para reduzir principalmente as harmnicas de corrente de baixa ordem, sendo queesta no tem efeito algum para as harmnicas de alta freqncia.Para estas freqncias que no podem ser atenuadas pela reatncia de rede, so utilizados oque se define por filtros de linha. Estes filtros de linha so circuitos formados por capacitores eindutores associados, que podem efetuar a atenuao de determinadas freqncias crticasdefinidas a princpio. Estas freqncias crticas podem causar interferncia eletromagntica emequipamentos sensveis, tais como equipamentos de telecomunicaes, sistemas digitais decomputao, sistemas de transmisso de dados, etc.

    21.4 Correo do fator de potncia

    21.4.1 Cuidados para a Instalao de bancos de capacitores na presenade harmnicosUm grande problema decorrente da necessidade de melhoria de fator de potncia dosconsumidores refere-se ao fato de que a aplicao conjunta de bancos de capacitores com osdiversos tipos de cargas presentes nos sistema industriais, principalmente com conversoresestticos (CA/CC e CA/CA), requer uma anlise particular sobre alguns cuidados especiais quedevem ser tomados pelo consumidor. Estes cuidados geralmente levam a investimentosadicionais, como a aquisio de capacitores com tenses nominais mais elevadas do que onecessrio, a instalao de reatores de dessintonia ou ainda, composio de filtros deharmnicos, quando os estudos indicam a possibilidade de condies de ressonnciaharmnica.Os conversores estticos de potncia (CA/CA ou CA/CC) so, na atualidade, m principaisfontes de correntes harmnicas. So em geral de mdia potncia, da ordem de quilowatts, eseu nmero tende a crescer rapidamente, principalmente para controle de motores de correntealternada.

    21.4.2 Efeitos dos harmnicos sobre capacitoresEm muitos casos, os nveis de harmnicos por si s no apresentam maiores problemas. Oproblema porm pode agravar-se, existindo a possibilidade de um a amplificao de corrente,pela ressonncia entre os capacitores de potncia e a indutncia do sistema. Isto resultar emsobretenses e na circulao de correntes proibitivas para os capacitores. Haver um aumentodas perdas e conseqente sobreaquecimento, levando muitas vezes a destruio do capacitor.Deve-se ressaltar a dependncia dos capacitores em relao tenso de pico resultante(harmnicos inclusos) e ao problema de efeito corona (descargas eletrostticas pontuaisinternas ao capacitor), podendo a sua vida til variar de acordo com a expresso (1/s.t)7.5,onde s a sobretenso e t a sobretemperatura (ambos em "p.u." do valor nominal). Como atenso medida em valor eficaz, o pico de tenso que contm harmnicos geralmente maiorque o da mesma .tenso que no os contm. Assim, o dieltrico fica sujeito a um campo maior,o que pode romper o dieltrico e destruir o capacitor.

    21.4.3 Sobretenses decorrentes de harmnicosO processo mais seguro possvel para se avaliar a influncia de harmnicos em bancos decapacitores consiste em se fazer uma anlise harmnica efetiva, comparando as medies decorrentes e tenses harmnicas ao longo do sistema com os estudos do alcance dasharmnicas no mesmo.De forma geral, nas condies normais de operao, ser suficiente especificar os bancos decapacitores com uma tenso nominal um pouco acima da tenso de operao do sistema. Noentanto, deve ser analisado o fenmeno de amplificao harmnica pelo sistema deressonncia. As correntes harmnicas amplificadas podem causar a queima dos fusveis,aquecimento e danificao dos capacitores. A existncia da ressonncia pode ser confirmadapela confrontao das medies de campo com resposta em freqncia do sistema, isto ,grficos de Impedncia prpria da barra em funo da freqncia (na ressonncia paralela a, aImpedncia aparece como um pico).

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    21.4.4 Soluo para o problema de ressonnciaPara resolver o problema de ressonncia, a soluo mais utilizada a instalao de reatoresem srie com o banco de capacitores (filtro LC), de forma a deslocar a freqncia para umaharmnica que no cause preocupao na amplificao das correntes.Deve-se ressaltar que embora os reatores sejam necessrios para se evitar o efeito deamplificao de harmnicas, sempre que uma indutncia colocada em srie com umcapacitor, a tenso nos terminais desse ltimo diminui na freqncia fundamental, assim comopode aumentar para freqncias diferentes da fundamental.Como exemplo, se a dessintonizao levada para o quarto harmnico, seria encontrada umasobretenso de 6,7% alm daquela reserva de 10% permissvel e j esgotada pelas variaesda rede e desequilbrio de bancos, podendo acarretar com isso uma sobretenso excessiva nocapacitor, causando em alguns casos a sua destruio (rompimento do diettico).Os reatores de dessintoria por si s resolvem os problemas de ressonncia. No entanto,quando a reduo do contedo harmnico da instalao, principalmente na interface com aconcessionria, uma necessidade, filtros de harmnicos devem ser previstos, utilizando-se osbancos de capacitores para a composio dos mesmos.

    22 Aplicaes tpicas22.1 Consideraes geraisPara a utilizao de motores eltricos de induo para o acionamento das mais variadascargas, devem ser levadas em considerao as caractersticas da carga acionada conformedescrito no item anterior, tanto para acionamentos com o motor operando com velocidade fixacomo tambm para com velocidade varivel, pois em funo das caractersticas de partida,regime contnuo ou transitrio, que se pode fazer o correto dimensionamento do motor.Para as aplicaes aqui ilustradas, levamos em considerao apenas o acionamento da cargaatravs de motores de induo com conversores de freqncia, determinando suas vantagense limitaes.

    22.2 BombasLevando-se em considerao o acionamento de bombas de vrios Tipos, podemos fazer aseparao destas entre dois grupos bsicos pela sua caracterstica de conjugado resistente,que so:

    22.2.1 Bombas dinmicas ou turbobombasEsta famlia de bombas (principalmente as bombas centrfugas) possuem como caractersticater o conjugado de forma quadrtica, isto , o seu conjugado resistente varia com o quadradoda rotao aplicada. Por exemplo, caso seja duplicada a rotao da bomba para se aumentar avazio/presso do sistema hidrulico, consequentemente dever ser fornecido um conjugadoquatro vezes maior para tal.Caso se deseje fazer controle de vazio/presso atravs da variao da velocidade do motor,deve-se levar em considerao os seguintes itens com rotao a faixa de variao develocidade: Para rotaes acima da nominal, deve-se utilizar apenas alguma margem de potncia que

    o motor possa ter, sem que, entretanto, seja ultrapassada a sua potncia nominal, para queno entre em condio de sobrecarga e acarrete em diminuio de sua vida til.

    Para faixas de rotaes entre rotao nula at a rotao nominal, no existem problemascom relao a estia operao, uma vez que, com a diminuio da rotao da bomba,haver tambm uma diminuio do conjugado resistente da carga (de forma quadrtica),diminuindo-se consequentemente a corrente aplicada ao motor, no havendo portantoproblemas de sobreaquecimento por reduo de ventilao nem de sobrecarga no motor

    0 controle de vazo, atravs da variao de velocidade de bombas centrfugas, possibilita umagrande economia de energia, uma vez que em outros casos, o controle de vazio/presso desistemas hidrulicos feito atravs de dispositivos limitadores (vlvulas, recirculao, etc.),onde o motor que aciona a bomba opera sempre em condio de carga nominal, absorvendopotncia nominal da rede.

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    Em sistemas de controle de vazio/presso utilizando conversores de freqncia, a potnciaabsorvida da rede apenas a necessria condio de operao do sistema (funo dacarga).

    22.2.2 Bombas de deslocamento positivo ou volumtricasEsta famlia de bombas possui como caracterstica ter o conjugado de forma constante paraqualquer rotao, isto , o seu conjugado resistente no varia com a rotao. Nesta famlia seenquadram as bombas a pisto, bombas helicoidais e as bombas de engrenagens.Caso seja necessrio fazer controle de vazo/presso atravs da variao da velocidade domotor, deve-se levar em considerao que o motor no poder operar acima da sua rotaonominal, pois isto significa operar em condio de sobrecarga.Para condies onde se necessita a operao com rotaes abaixo da metade de sua rotaonominal (30 Hz), dever ser considerado o problema de sobreaquecimento por reduo deventilao para motores convencionais. Portanto este que pode ser contornado atravs dosobredimensionamento da carcaa do motor ou a utilizao de ventilao forada.

    22.3 VentiladoresEsta aplicao possui como caracterstica ter o conjugado de forma quadrtica, isto , o seuconjugado resistente varia com o quadrado da rotao aplicada, da mesma forma que foiconsiderado para as bombas centrfugas. .Para a utilizao de acionamento por conversores de freqncia para o controle depresso/vazo, deve-se levar em considerao as mesmas caractersticas das bombascentrfugas, apenas tomando-se o cuidado de observar que certos ventiladores possueminrcias elevadas e que devem serem levadas em considerao para determinar o sistema departida e tempos de acelerao.

    22.4 Sistemas de refrigerao e ar condicionadoPara sistemas de refrigerao e ar condicionado, os conversores de freqncia so utilizadosbasicamente nos motores de acionamento das bombas e ventiladores do sistema.A vantagem em se utilizar este equipamento est no fato de que a automao de grandessistemas (por ex.: Shopping Centers, prdios comerciais, parques de exposies, etc.) se tornabem mais verstil e com possibilidade de racionalizao do consumo de energia comrespectiva economia.Com a utilizao de conversores de freqncia, no necessria a utilizao de vlvulas decontrole de fluxo nas bombas ou dampers nos ventiladores/exaustores, possibilitando umcontrole automtico por meio de um controlador central de temperatura, diminuindo-se osgastos com a utilizao destes equipamentos e tambm a diminuio de manuteno dasinstalaes.

    22.5 Torno de superfcie / laminador desfolhadorEsta aplicao tem como caracterstica possuir o conjugado do tipo que varia inversamentecom a rotao (hiperblico), pois no processo deve ser obedecida a condio de que avelocidade tangencial da pea ou cilindro seja sempre constante, isto , a velocidadesuperficial entre a pea e a ferramenta de corte (BIT) tem de ser constante. Esta velocidade definida por:

    V rt .Como:

    2. .nEnto:

    V n r n Dt 2. . . . .Onde:Vt = Velocidade tangencial [m/s]n = Rotao [rps]r = Raio [m]

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    D = Dimetro [m] = Velocidade angular [rad/s]

    Nota-se ento que, na medida em que o raio (ou dimetro) da pea diminui, necessrio que ada rotao aumente para que a velocidade tangencial (ou de superfcie) permanea constante.Sendo que a fora de corte tambm constante, o conjugado resistente oferecido pela carga definido por:

    C F rc c .Onde:Cc = Conjugado da cargaFc = Fora de corter = Raio

    Dessa forma, na medida em que o raio (ou dimetro) da pea diminui, o conjugado resistentetambm diminui. Destas duas consideraes tem-se ento que para peas de pequenodimetro a sua rotao deve ser alta e o conjugado resistente baixo, e que para peas degrande dimetro a rotao deve ser baixa e o seu conjugado resistente alto.Para o acionamento deste tipo de carga com motor de induo e conversor de freqncia,pode-se utilizar a faixa de rotao entre zero at a rotao nominal, levando-se emconsiderao o problema de sobreaquecimento do motor em baixas rotaes.Outra forma de se poder fazer o acionamento utilizando o motor operando acima de suarotao nominal, entrando em sua regio de enfraquecimento de campo, onde a curva deconjugado resistente da carga e o conjugado motor se assemelham, no havendo problemasde sobrecarga no motor e tambm no havendo problemas de sobreaquecimento por reduode ventilao.

    22.6 Sistemas de transporteFazem parte desta famlia de aplicao as esteiras, correias, roscas, correntes, mesastransportadoras, nrias, monovias, etc. Estas aplicaes podem ser agrupadas, pois possuemas mesmas caractersticas quanto ao seu acionamento, tendo o conjugado resistente constantepara toda a faixa de velocidade. Dever ser tomado cuidado especial para condies onde sejanecessria a operao com rotaes abaixo da metade da rotao nominal do motor acionado,onde dever ser considerado o problema de sobreaquecimento por reduo de ventilao paramotores convencionais. Problema este que pode ser contornado atravs dosobredimensionamento da carcaa do motor ou a utilizao de ventilao forada. .Outro item que merece ateno com relao a condio de parada do sistema, pois podehaver a possibilidade de se partir o sistema de transporte a vazio (conjugado resistentereduzido) ou carregado (conjugado resistente elevado). Para esta ltima condio, deve-selevar em considerao a sobrecarga inercial do sistema, que por sua vez levar a umsobredimensionamento da corrente nominal do conversor de freqncia, proporcional asobrecarga exigida pelo sistema.

    Importante:Para sistemas de transportes inclinados em elevao, deve se ter especial ateno na partidado mesmo, pois surge a condio de sobrecarga do motor, cuja a intensidade est diretamenterelacionada com o grau de inclinao do mesmo.Quando o sistema de transporte apresenta inclinao em declive, pode ser necessria autilizao de frenagem do motor, que poder ser efetuada por resistores auxiliares (frenagemreosttica) ou atravs de sistemas regenerativos. A no utilizao desta frenagem poderacarretar em sobrecarga no conversor e conseqente desligamento.Em ambos os sistemas deve-se utilizar motores com freio mecnico de estacionamento paraque no haja movimentao do sistema quando da parada do motor, seja ela por paradanormal, como tambm por parada acidental (queda de rede).

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    22.7 ExtrusorasEstas mquinas tem como caracterstica possuirem o conjugado resistente do tipo constantepara qualquer velocidade. Deve-se novamente ter cuidado especial para condies onde sejanecessria a operao com rotaes abaixo da metade da rotao nominal do motor, ondedever ser considerado o problema de sobreaquecimento pela reduo de ventilao paramotores convencionais. Problema este que pode ser contornado atravs dosobredimensionamento da carcaa do motor ou a utilizao de ventilao forada.Dependendo do material a ser extrudado, tambm deve-se ter especial ateno regulao develocidade do acionamento (preciso de velocidade), pois para extrusoras de plstico ouborracha, a variao de velocidade permitida em relao velocidade ajustada deve ser menorque 1%, caso que s possvel atravs de acionamentos com motor de corrente contnua ouconversores de freqncia com controle vetorial.Como exemplo destas extrusoras, temos as extrusoras de filme plstico e tubos de PVC oupolietileno, onde uma variao de velocidade acarreta em uma alterao do processo produtivo(espessura do filme plstico). Para outros materiais no crticos (rao, fio, etc.), pode-seutilizar conversores de freqncia convencionais.Outro detalhe que merece muita ateno com relao a condio de partida do sistema, poispode haver a possibilidade de se partir a extrusora carregada a quente (conjugado resistentenominal) ou carregada a frio (conjugado resistente muito elevado). Para esta ltima condio,deve-se levar em considerao a sobrecarga inicial da extrusora, que por sua vez levar a umsobredimensionamento da corrente nominal do conversor de freqncia, proporcional asobrecarga exigida pela extrusora.

    22.8 TrefilasPara este tipo de equipamento, a caracterstica de conjugado constante para qualquer valorde velocidade, devendo-se atentar para a operao em baixas rotaes comsobredimensionamento do motor como descrito anteriormente.Um outro fator a ser levado em considerao a condio de sobrecarga na partida quando daintroduo do material a ser trefilado, e que deve ser previsto quando do dimensionamento doconversor de freqncia.Outro fator importante a ser considerado quando o sistema de trefilao acionado por maisde um motor (vrios puxadores com vrias fieiras, com vrias bitolas de fiao), onde emmuitos casos necessrio o perfeito ajuste de velocidade entre os vrios motores(sincronismo) com adequada distribuio de carga entre os puxadores.Em sistemas deste tipo deve-se fazer uma analise criteriosa a respeito da colocao deacionamento por conversores de freqncia convencionais, pois em muitos casos isto se tornaproibitivo, sendo aconselhvel a colocao de acionamento atravs de motores de correntecontnua ou conversor de freqncia com controle vetorial, devido a preciso de velocidade,sincronismo e controle de carga (trao) necessrios neste tipo de aplicao.

    22.9 MisturadoresPara este tipo de aplicao, a princpio no possvel determinar qual a caractersticaparticular do conjugado resistente, uma vez que as condies da carga (material a serprocessado) podem variar durante o processo.Em muitos casos, durante o processo de mistura ou agitao, as caractersticas do material semodificam, em funo da temperatura, viscosidade, presso, etc., sendo necessrio que sejafeita uma anlise especifica para a colocao de acionamento por conversores de freqncia,devendo-se ter cuidados com relao a faixa de variao de velocidade, conjugados inicial efinal do processo (mnimo e mximo) e a existncia de redutores mecnicos.

    22.10 Sistemas de elevaoFazem parte desta famlia de aplicaes os guinchos, guindastes, pontes rolantes (iamento) eelevadores em geral. Nestes sistemas de elevao, a utilizao de acionamentos porconversores de freqncia convencionais e motor de induo trifsicos no geralmenteaconselhvel, pois neste caso o motor no ter condies de fornecer conjugado com rotorparado (conjugado com rotao nula).

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    Esta condio se faz necessria por exigir, quando da partida no sistema de elevao (tanto nasubida como na descida da carga), um pequeno intervalo de tempo entre a gerao da rampade acelerao e a conseqente magnetizao do motor (gerao de correntes rotricasinduzidas devido ao escorregamento e conseqente rendimento de conjugado motor), em queocorre a inverso de rotao do motor e conseqente queda da carga, podendo at haver obloqueio do conversor pelo surgimento de picos de corrente considerveis.Para este tipo de aplicao mais indicada a utilizao de acionamentos por motores decorrente contnua ou a utilizao de conversores de freqncia por controle vetorial que tornampossvel fornecimento de conjugado mesmo com rotao nula.

    22.11 Bobinadores e desbobinadoresOs bobinadores e desbobinadores so classificados em dois grupos, sendo: Bobinadores/desbobinadores axiais Bobinadores/desbobinadores tangenciaisOs bobinadores/desbobinadores axiais so sistemas acionados diretamente pelo eixo dabobina, tendo como caracterstica possuir o conjugado do tipo que varia inversamente com arotao (hiperblico), pois no processo de bobinagem, temos a condio s vezes necessriade que a velocidade tangencial do cilindro bobinador seja sempre constante durante todo oprocesso, isto , a velocidade superficial da bobina ou a velocidade do material bobinado temde ser constante. Esta velocidade definida da mesma forma que nos casos de torno desuperfcie/laminador desfolhador.Da mesma forma, para o acionamento deste tipo de carga com motor de induo e conversorde freqncia, pode-se utilizar a faixa de rotao entre zero at a rotao nominal, levando-seem considerao o problema de sobreaquecimento do motor em baixas rotaes.Outra forma de se poder fazer o acionamento utilizando o motor operando acima de darotao nominal, entrando em sua regio de enfraquecimento de campo, onde a curva deconjugado resistente da carga e o conjugado motor se assemelham, no havendo problemasde sobrecarga no motor e tambm no havendo problemas de sobreaquecimento por reduode ventilao.Para sistemas de bobinamento, deve-se ter cuidado em relao ao material a ser bobinado,pois muitas vezes a colocao de conversores de freqncia convencionais se tornaimpraticvel, devido a preciso de velocidade e controle de trao do material, sendonecessrio acionamentos por motores de corrente contnua ou conversores de freqncia comcontrole vetorial.Existem vrios tipos de bobinadores acionados pelo eixo da bobina onde no necessrio quea velocidade do material a ser bobinado seja constante, podendo no incio a sua velocidade serbaixa e no final, alta. Nestas condies, a velocidade do motor no varia, sendo que a cargaaumenta com o conseqente aumento do dimetro da bobina.Os bobinadores/desbobinadores tangenciais so sistemas acionados indiretamente, onde oacionamento do rolo bobinador feito por um ou mais dos suportes auxiliares, tendo comocaracterstica possuir o conjugado do tipo constante. A velocidade do motor permanececonstante durante todo o processo, a fim de manter a velocidade superficial da bobinaconstante. Este sistema bem mais simplificado, tendo-se apenas que atentar para a condiode operao do motor em baixas rotaes (sobreaquecimento).

    22.12 FresadorasEsta aplicao tem como caracterstica a necessidade de se manter a velocidade de desbaste(retirada de material) constante (velocidade superficial do rebolo constante).Para isto, interessante que se possa aumentar a velocidade do rebolo conforme o desgastedo mesmo. Nesta condio, quando o rebolo novo, a velocidade necessria baixa e oconjugado alto.Conforme ocorre o desgaste do rebolo, a rotao aumenta e o conjugado diminui, podendo omotor operar acima de sua rotao nominal, entrando em sua regio de enfraquecimento decampo, onde a curva de conjugado resistente da carga e o conjugado motor se assemelham.

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    22.13 Sistemas de dosagemEntende-se por sistemas de dosagem as aplicaes as quais utilizam conversores defreqncia para variar a rotao do motor responsvel pela alimentao do sistema, emprocessos contnuos e que no envolvam controle preciso de quantidade, volume ou vazo.Temos como exemplo aplicaes tais como: esteiras, rosca sem fim e bombas.Nestes sistemas, a quantidade a ser fornecida no tem preciso, e o controle de velocidade dodosador feito atravs do conversor de freqncia. A velocidade determinada em funo deparmetros do processo, como corrente, presso, vazo, temperatura, etc., atravs de umsistema de realimentao (malha fechada) com operao automtica.Para a utilizao de conversor de freqncia nestas aplicaes, necessrio a utilizao doRegulador PID Superimposto para que o sistema responda de forma otimizada sem oscilaesou respostas muito lentas.

    22.14 CentrfugasAs centrfugas so equipamentos utilizados para separao de compostos de vrias naturezas.Entre estes equipamentos podemos salientar as centrfugas de acar, roupa, produtosqumicos, etc. Este tipo de aplicao possui caractersticas de conjugado resistente baixo einrcia extremamente alta. O conjugado resistente devido principalmente a atrito derolamentos e resistncia do ar.Neste tipo de aplicao os motores, bem como os conversores, devem ser sobredimensionadoe para permitir a acelerao da carga de alta inrcia, levando-se em considerao o tempo derotor bloqueado do motor (tempo permissvel com corrente acima da nominal) e sobrecorrenteadmissvel pelo conversor (atuao da proteo por sobrecarga).Esta aplicao possui grande potencial para conversores que permitam frenagem regenerativa,pois dependendo do ciclo de carga, a economia de energia proporciona um rpido retorno deinvestimento. Tambm podem ser utilizados conversores com frenagem reosttica, porm coma energia de frenagem sendo dissipada em banco de resistores.Os acionamentos mais comuns em centrfugas so constitudos de um motor de duplapolaridade (ex.: 4:24 plos), acionados por chave compensadora, com limitao do nmero departidas por hora, com conseqente limitao da produo. Com a utilizao de conversores,pode-se aumentar o nmero de partidas/hora e utilizar-se um motor de induo especial, comventilao independente.

    22.15 Moinhos a tamborEntre os tipos de moinho a tambor, salientam-se os moinhos de bolas (indstria cermica) epor analogia do princpio de funcionamento, so aplicaes semelhantes as mquinas de lavarroupa industrial. Este tipo de aplicao possui caracterstica de conjugado que varialinearmente com a rotao, ou seja, quanto maior a rotao, maior o conjugado resistente. Estesistema possui elevadas inrcia na partida que dependem diretamente da quantidade de cargado moinho.Como exemplo, temos a pior condio quando o moinho est carregado pela metade, poisneste caso, o centro de gravidade deslocado para uma posio diferente do centro do tambor(eixo acionado) causando o problema de excentricidade do acionamento. Devido a estaexcentricidade, o conversor sofre uma sobrecarga e deve ser sobredimensionado em suapotncia nominal.O acionamento tpico para este tipo de carga composto por um acoplamento hidrulico, paraevitar esforos mecnicos, e a partida feita por intermedio de chaves compensadoras. Aaplicao de conversores de freqncia proporciona algumas vantagens em relao aosmtodos convencionais, como:- diminuio na corrente de partida;- facilidade para posicionar as bocas do moinho;- melhoria no fator de potncia;- melhoria na qualidade do produto e principalmente, definindo-se um ciclo ideal de trabalho,ciclo este que depende das caractersticas do moinho e do produto a ser processado (modo,lavado, etc.), pode-se diminuir o tempo de processamentoe com isso economizar energia.