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Implementação de um Inversor Trifásico com Sistema de Proteção

para o Motor de Indução

TCC – Engenharia ElétricaTCC – Engenharia ElétricaGustavo S. ImperatoriGustavo S. Imperatori

Orientadora: Dra. Eng. Eletricista Marília Amaral da Silveira

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Apresentação:Apresentação:

• Objetivos• Motivação• Solução• Protótipo• Supervisório• Resultados• Conclusões• Referências• Vídeo

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Objetivos:Objetivos:

Implementar um inversor trifásico com sistema de proteção para um motor de

indução de 0,5 CV – 220 V, numa faixa de frequência que varia entre 10 e 80 Hz.

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Motivação:Motivação:

• Implementar um inversor de frequência trifásico utilizando o micro controlador PIC18F2431 (Microchip) e o driver IGBT FSBB15CH60C (Fairchild Semiconductor);

• Desenvolver um sistema de proteção para o motor contra altas temperaturas e sobrecorrentes.

Um aumento de 8 a 10 °C acima do limite da classe térmica do motor, pode reduzir a vida útil do bobinado pela metade. O motor utilizado é classe B = 130 °C.

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Solução:Solução:

• Fonte de alimentação para os circuitos eletrônicos

- tensões saída: +5V, +15V e -15V

• Circuito de controle

- micro controlador PIC18F2431

• Circuito de potência

- driver IGBT FSBB15CH60C

• Circuito de proteção

- sensores corrente: CLSA1CD

- sensor temperatura: LM35

• Interface computacional (software supervisório)

- linguagem programação: C++ Builder

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Protótipo:Protótipo:

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Circuito potênciadriver IGBT FSBB15CH60C

Fonte de alimentação (+5V, +15V, -15V)

Saída de alimentaçãodo motor

Circuito de proteçãodo motor

Placa de distribuição alimentação (Vcc)

Circuito controlePIC18F2431

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Protótipo:Protótipo:

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Modelo A56 0397

Fabricante WEG

Potência 0,5 CV

Tensão 220 / 380 V

Corrente 2,20 / 1,30 A

Rotações 1735 rpm

Frequência 60 Hz

Classe de Isolação

B

Reg. S. 1

ip / in 5,5

Fator Sobrecarga 1,25

Grau de Proteção IP-21

Categoria N

Motor Utilizado e Dados de Placa

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Protótipo:Protótipo:

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Circuito de Controle(PIC18F2431)

Circuito de Proteção do Motor(sensores temper. e corrente)

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Protótipo:Protótipo:

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Circuito de Potência(driver FSBB15CH60C)

Fonte de Alimentação (para circuitos eletrônicos)

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Supervisório:Supervisório:

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Tela Principal

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Supervisório:Supervisório:

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Telas de Setpoint

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Resultados:Resultados:

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Medições de rotação do motor

FREQUÊNCIA INDIRETA (Hz)Setpoint via Supervisório

ROTAÇÃO MEDIDA (rpm)No eixo do motor

FREQUÊNCIA CALCULADA (Hz)

10 298,4 10,32

20 597,6 20,67

30 895,7 30,97

40 1193 41,26

50 1491 51,56

60 1787 61,79

70 2081 71,96

80 2373 82,06

s e fs – escorregamento e frequência das tensões aplicadas ao estator do motor, respectivamente;

n e p – número de rotações e número de pólos do motor, respectivamente.

)()1.(120

.Hz

s

npf s

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Resultados:Resultados:

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Sinais de tensão e corrente para 10 Hz

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Resultados:Resultados:

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Sinais de tensão e corrente para 20 Hz

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Resultados:Resultados:

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Sinais de tensão e corrente para 30 Hz

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Resultados:Resultados:

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Sinais de tensão e corrente para 40 Hz

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Resultados:Resultados:

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Sinais de tensão e corrente para 50 Hz

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Resultados:Resultados:

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Sinais de tensão e corrente para 60 Hz

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Resultados:Resultados:

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Sinais de tensão e corrente para 70 Hz

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Resultados:Resultados:

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Sinais de tensão e corrente para 80 Hz

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Conclusões:Conclusões:

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A utilização do PIC18F2431 e do driver FSBB15CH60C,

atenderam plenamente o controle tipo escalar desenvolvido.

As proteções do motor atuaram corretamente conforme segue:

•inserir no supervisório os setpoints de temperatura e corrente

desejados;

•quando o motor atingir o valor de temperatura ou de corrente

setado no supervisório, o motor recebe do PIC o comando de

parada;

•a nova partida do motor é permitida somente após o operador

reconhecer a falha na placa de controle.

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Conclusões:Conclusões:

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Após aproximadamente 1 hora com o motor ligado a vazio e

com temperatura ambiente de 25°C, a temperatura interna do

motor chegou a 31°C. Teve baixo aumento de temperatura.

Com carga acoplada ao eixo rotórico do motor,

provavelmente a temperatura nos enrolamentos do motor irá

aumentar, porém este teste não foi realizado.

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Conclusões:Conclusões:

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Neste projeto a frequência de chaveamento dos IGBT’s é de 9,8kHz. Nos inversores comerciais a frequência de chaveamento pode variar entre 2kHz à 16kHz e eles possuem filtros na entrada e na saída do inversor devido as harmônicas geradas pelo chaveamento dos IGBT’s.

• filtro EMI na entrada do inversor: para diminuir a emissão de interferências eletromagnéticas;• filtro RF na saída do inversor: para reduzir a interferência ou o ruído de radiofrequência.

Como neste projeto não foram desenvolvidos filtros na entrada e na saída do inversor, encontrou-se ruídos nas senóides fundamentais apresentados anteriormente, no entanto, tais ruídos não impediram o bom funcionamento do sistema.

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Referências:Referências:

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Ahmed, Ashfaq - Eletrônica de Potência – São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2000

Fitzgerald, A. E.; Kingsley Jr., C.; Umans, S. D. – Máquinas Elétricas – 6ª Ed. - Porto Alegre: Bookman, 2006

Kosow, Irwing L. – Máquinas Elétricas e Transformadores – 13ª Ed. – São Paulo: Globo, 1998

Nasar, Syed. A. – Máquinas Elétricas – São Paulo: McGraw-Hill do Brasil, 1984

Rashid, Muhammad H. – Eletrônica de Potência: circuitos, dispositivos e aplicações – 1ª Ed. – São Paulo: Makron Books, 1999

Toro, Vicente Del – Fundamentos de Máquinas Elétricas – Rio de Janeiro: LTC, 1999

WEG. Motores – Especificação de Motores Elétricos. Revisão 09/2006. Disponível em: httcatalogo.weg.com.br/files/wegnet/zzWEG-guia-de-especificacao-de-motores-eletricos-50032749-manual-portugues-br.pdfp://. Acessado em: Março de 2012

WEG. Guia Técnico - Motores de indução alimentados por inversores de frequência. Revisão 09/2006. Disponível em: http://catalogo.weg.com.br/files/wegnet/WEG-motores-de-inducao-alimentados-por-inversores-de-frequencia-pwm-027-artigo-tecnico-portugues-br.pdf. Acessado em: Março de 2012

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Vídeo:Vídeo:

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Demonstração de Funcionamento do Protótipo

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OBRIGADO!