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ASSOCIAO EDUCATIVA E CULTURAL DE CAMAARIFAMEC Faculdade
Metropolitana de CamaariCURSO BACHARELADO EM ENGENHARIA
MECATRNICA
MARCELO RODRIGUES LOPES FILHO
INVERSORES DE FREQUNCIA
CAMAARI-BA2014
ASSOCIAO EDUCATIVA E CULTURAL DE CAMAARIFAMEC Faculdade
Metropolitana de CamaariCURSO BACHARELADO EM ENGENHARIA
MECATRNICA
MARCELO RODRIGUES LOPES FILHO
INVERSORES DE FREQUNCIA
Este trabalho atende as exigncias da disciplina Converso
Eletromecnica de Energia, ministrada pelo Prof. Milton Expedito de
Oliveira Neto, como requisito parcial para obteno do grau de
Bacharelado em Engenharia Mecatrnica pela Faculdade Metropolitana
de Camaari - FAMEC.
CAMAARI-BA2014RESUMO
Um inversor de frequncia nada mais do que um equipamento
eletrnico capaz de variar a velocidade de giro de motores eltricos
trifsicos.O nome inversor de frequncia dado pela sua forma de
atuao, mas para entendermos melhor isso, precisamos saber como
funciona um motor trifsico.Motor eltrico de induo trifsico:O
funcionamento de um motor eltrico de induo trifsico, embora
altamente eficiente, muito simples. Ele apenas imita a frequncia da
rede onde est ligado. A frequncia da rede de corrente alternada a
quantidade de vezes que ela alterna por segundo e atravs da unidade
Hertz (Hz), ou seja, uma rede de 60Hz alterna 60 vezes em um
segundo. Essa tenso oscilante passa pelas bobinas do motor e forma
um campo giratrio e o motor tende a segui-lo, ento, quanto mais
alta for a frequncia, mais rpido ser esse campo e mais rpido o
motor tender a girar.O inversor de frequncia tem como principal
funo alterar a frequncia da rede que alimenta o motor, fazendo com
que o motor siga frequncias diferentes das fornecidas pela rede,
que sempre constante. Desta forma podemos facilmente alterar a
velocidade de rotao do motor de modo muito eficiente.O uso de
inversores de frequncia responsvel por uma srie de vantagens,
dependendo dos modelos oferecidos pelos fabricantes, so unidas a
capacidade de variar a velocidade com controles especiais j
implantados no equipamento. Esses controles proporcionam alm da
total flexibilidade de controle de velocidade sem grande perda de
torque do motor, acelerao suave atravs de programao, frenagem
direta no motor sem a necessidade de freios mecnicos alm de
diversas formas de controles preferenciais e controles externos que
podem ser at por meio de redes de comunicao. Tudo isso com
excelente preciso de movimentos.Alm destas vantagens, os inversores
ainda possuem excelente custo-benefcio, pois proporcionam economia
de energia eltrica, maior durabilidade de engrenagens, polias e
outras transmisses mecnicas por acelerar suavemente a velocidade.A
possibilidade de eliminar redues mecnicas do projeto tambm possvel,
assim mais economia ser possvel.SUMRIO
INTRODUO 5
1. FUNCIONAMENTO5
2. CONFIGURAO BSICA6
3. DIFERENAS E VANTAGENS DOS INVERSORES DE FREQUNCIA7
4. TIPOS DE INVERSORES DE FREQUNCIA84.1. INVERSOR ESCALAR84.2.
INVERSOR VETORIAL8
5. DIFERENAS ENTRE INVERSORES ESCALARES E VETORIAIS9
6. CONCLUSO10
7. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS11
INTRODUO
A eletrnica de potncia, com o passar do tempo, vem tornando mais
fcil (e mais barato) o acionamento em velocidade varivel de motores
eltricos. Com isto, sistemas que antes usavam motores CC, pela
facilidade de controle, hoje podem usar motores CA de induo graas
aos Inversores de Freqncia, tambm chamados de Conversores de
Freqncia. Em paralelo ao avano da eletrnica de potncia, a
microeletrnica, por meio de microprocessadores e
microcontroladores, tem auxiliado muito o acionamento de mquinas
CA, permitindo a implementao de funes complexas num tempo de
processamento cada vez mais curto. Isto tem permitido a implementao
de sofisticados algoritmos de controle que possibilitam o
acionamento de alto desempenho com o emprego de motores de induo de
srie.A ttulo de exemplo, podemos citar que motores de induo
acionados por meio de Inversores de Frequncia podem substituir, com
vantagens, os sistemas de controle de fluxo com vlvulas (bombas) ou
dampers (ventiladores).
1. FUNCIONAMENTO
Para entender o funcionamento de um Inversor de Frequncia,
necessrio, antes de tudo, saber a funo de cada bloco que o
constitui. Ele ligado na rede eltrica, que pode ser monofsica ou
trifsica, e em sua sada h uma carga que necessita de uma frequncia
diferente daquela da rede. Para tanto, o inversor tem como primeiro
estgio, um circuito retificador, responsvel por transformar a tenso
alternada em contnua. Aps isso, existe um segundo estgio capaz de
realizar o inverso, ou seja, a transformao de uma tenso CC para uma
tenso CA (conversor), e com a frequncia desejada pela carga.Na rede
de entrada a frequncia fixa (60Hz ou 50Hz) e a tenso transformada
pelo retificador de entrada em contnua pulsada (retificao de onda
completa).O Capacitor (filtro) transforma-a em tenso contnua pura
de valor aproximado de
Esta tenso contnua conectada ciclicamente aos terminais de sada
pelos dispositivos semicondutores do inversor, transistores ou
tiristores, que funcionam como chaves estticas.O controle desses
dispositivos semicondutores feito pelo circuito de comando, de modo
a obter um sistema de tenso pulsada, cujas freqncias fundamentais
esto defasadas de 120. A tenso escolhida de modo que a relao
tenso/frequncia seja constante, resultando em operao com fluxo
constante e, por via de consequncia, manuteno da mxima capacidade
de sobrecarga momentnea do motor.
2. CONFIGURAO BSICA
Figura 1: Configurao bsica de um inversor de frequncia
Fonte: Publicaes da Faculdade da Vila Matilde, acessado em
03/03/2014.Circuito de entrada (ponte retificadora no
controlada)Circuito de pr-carga (resistor, contator ou rel)Circuito
intermedirio (banco de capacitores Buss DC, resistores de
equalizao)Circuito de Sada "inversor" (ponte trifsica de IGBT)Placa
de controle (microprocessada)Placa de driver's (disparo dos IGBT,
fontes de alimentao, etc.)Rguas de bornes de interligao (controle
de potncia)Mdulo de frenagem (interno ou externo)
3. DIFERENAS E VANTAGENS DOS INVERSORES DE FREQUNCIA
O inversor de frequncia possibilita o controle do movimento do
motor CA pela variao da frequncia eltrica. Entretanto, tambm
realiza a variao da tenso de sada para que seja respeitada a
caracterstica V/F (Tenso / Frequncia) do motor, no produzindo
aquecimento excessivo quando o motor opera em baixas rotaes.Em
frequncias de operao acima da nominal, o acionamento se d com perda
de torque. O inversor promove a elevao na frequncia sem,
entretanto, promover o aumento no valor da tenso aplicada. Isto faz
com que haja uma reduo no fluxo do motor, trazendo como consequncia
uma reduo no conjugado disponvel. Esta regio de operao conhecida
como regio de enfraquecimento de campo em funo da reduo do fluxo ou
campo do motor.Destinados inicialmente a aplicaes mais simples, os
inversores de frequncia so atualmente encontrados nos mais diversos
usos, desde o acionamento de bombas at complexos sistemas de
automao industrial.Grande parte das aplicaes como bombas,
ventiladores e mquinas simples, necessitam apenas de variao de
velocidade e partidas suaves, sendo atendidas plenamente com o uso
de inversores com tecnologia Escalar ou V/F.Algumas aplicaes
entretanto, como elevadores, guinchos, bobinadeiras e mquinas
operatrizes necessitam alm da variao de velocidade o controle de
torque, operaes em baixssimas rotaes e alta velocidade de resposta,
sendo atendidas por inversores com tecnologia Vetorial.
4. TIPOS DE INVERSORES DE FREQUNCIA
4.1. Inversor EscalarEm linhas gerais, podemos dizer que os
inversores escalares baseiam-se em equaes de regime permanente. A
lgica de controle utilizada a manuteno da relao V/F constante.
Apresentam um desempenho dinmico limitado e usualmente so
empregados em tarefas simples, como o controle da partida e da
parada e a manuteno da velocidade em um valor constante
(regulao).
4.2. Inversor Vetorial
A lgica de controle empregada baseia-se em equaes dinmicas do
motor. Assim, embora a programao de controle seja mais complexa do
que aquela correspondente ao controle escalar, o desempenho dinmico
bem superior a este. A ideia central promover o desacoplamento
entre o controle do fluxo e o controle da velocidade por meio de
transformaes de variveis. Com esta tcnica de controle, os
inversores podem ser empregados em tarefas complexas que exijam
grande preciso e dinmicas rpidas do ponto de vista de controle.Os
inversores Vetoriais podem ser divididos em duas categorias:
aqueles que utilizam a realimentao fsica da velocidade, obtida de
dispositivos transdutores, e aqueles que no empregam a realimentao
fsica da velocidade, fazendo uso de estimadores de velocidade. A
realimentao ou "Feedback", permite "enxergar" o movimento do eixo
do motor possibilitando controlar a velocidade e o torque com alta
preciso mesmo em velocidades muito pequenas, prximas de zero. A
realimentao da velocidade realizada utilizando um gerador de
pulsos, conhecido como "Encoder". Alguns equipamentos permitem a
utilizao dos dois modos, sendo necessrio uma placa opcional para a
operao de malha fechada. A operao sem a realimentao da velocidade
tambm conhecida como "Sensorless". Nesse caso, o algoritmo de
controle torna-se mais complexo pois o inversor deve calcular
atravs de artifcios matemticos a velocidade do motor. A operao sem
realimentao possui performance inferior operao com realimentao.Os
Inversores Vetoriais necessitam da programao de todos os parmetros
do motor como, resistncias eltricas, indutncias, correntes nominais
do rotor e estator, dados esses normalmente no encontrados com
facilidade. Para facilitar o set-up, alguns inversores dispem de
sistemas de ajustes automticos tambm conhecidos como
"Auto-tunning", no sendo necessrio a pesquisa de dados sobre o
motor.
5. DIFERENAS ENTRE INVERSORES ESCALARES E VETORIAIS
A principal diferena entre os inversores Escalares e os
Vetoriais deve-se a capacidade dos inversores vetoriais imporem o
torque necessrio ao motor, de forma precisa e rpida permitindo uma
elevada velocidade de resposta dinmica a variaes bruscas de
carga.Os Invesores Escalares apresentam uma resposta dinmica bem
mais lenta, demorando mais para reagir a qualquer alterao de
velocidade ocorrida ou solicitada.
6. CONCLUSO
Atualmente, a necessidade de aumento de produo e diminuio de
custos, se fez dentro deste cenrio surgir a automao, ainda em fase
inicial no Brasil, com isto uma grande infinidade de equipamentos
foram desenvolvidos para as mais diversas variedades de aplicaes e
setores industriais, um dos equipamentos mais utilizados nestes
processos conjuntamente com o CLP o Inversor de Frequncia, um
equipamento verstil e dinmico.
7. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
http://coral.ufsm.br/desp/luizcarlos/aula2of2.pdf. Acessado em
03/03/14 s 22:34.
http://www.digel.com.br/novosite/index.php?option=com_content&view=article&id=70:como-funciona-um-inversor-de-frequencia&catid=42:tecnicos&Itemid=69
Por Lucas Lino, tcnico da Digel Eltrica Ltda. Acessado em 03/03/14
s 14:40.
http://www.faculdadedavilamatilde.com.br/publicacoes/inversores_de_frequencia.pdf.
Acessado em 03/03/14 s 23:53.
