VTCDs
Universidade Federal de ItajubáGrupo de Qualidade da Energia - GQEE
Professor: José Maria Carvalho [email protected]
Mestre: Rodolfo Ribeiro de [email protected]
Ride Through System - RTS
VTCDsTópicos Abordados
• Introdução
• Princípio de funcionamento
• Efeitos do afundamento de tensão no ASD
• Sensibilidade dos ASDs
• Soluções ride-through
• Aplicações e considerações finais
VTCDsIntrodução
Os acionamentos a velocidade variável (AdjustableSpeed Driver – ASDs) são equipamentos eletrônicoscapazes de controlar, de maneira precisa, a velocidade deoperação do motor, através da variação da magnitude eda frequência da tensão de alimentação do motor.
Acionamento a velocidade variável:
VTCDsIntrodução
• Controle da corrente de partida, da aceleração e davelocidade de rotação do motor;
• Ajuste do ponto de torque máximo;
• Controle de parada de processo;
• Redução do consumo de energia elétrica.
Benefícios:
VTCDsIntrodução
• A condição de subtensão e/ou sobrecorrente quenormalmente sucede os AMTs pode levar a atuaçãoda proteção ocasionando o desligamento doequipamento e a consequente parada do processo;
• Mal funcionamento do ASD levando a flutuação dotorque e da velocidade do motor e por consequência aredução da qualidade do produto final.
Preocupações:
VTCDsIntrodução
• Os custos associados aos AMTs está diretamenteligado ao tempo de parada de processo e o tempopara restabelece-lo;
• Em processos contínuos, como a fabricação de vidro,tecido e laminados, a parada do processo interferediretamente na qualidade do produto final.
Perdas econômicas:
VTCDsPrincípio de funcionamento
Seu funcionamento se resume basicamente a retificaçãoda tensão de entrada, normalmente por uma ponte a diodo deseis pulsos que depois é invertida por uma ponte completa, comchaves semicondutoras controladas a alta frequência.
VTCDsEfeitos do afundamento de tensão no ASD
• Na ocorrência do AMT, a tensão de entrada se torna menorque a tensão do capacitor, assim as correntes se anulamdevido a inversão da polaridade do capacitor;
• Quanto a tensão de entrada retorna ao valor nominal ocorreuma rápida variação da tensão do capacitor, elevando asolicitação de corrente causando picos na corrente deentrada.
VTCDsEfeitos do afundamento de tensão no ASD
• Tipo da falta;
• Impedância do alimentador;
• Conexões dos transformadores entre a concessionáriae o ramal de alimentação da planta industrial;
• Topologia do ASD;
• Condições de operação da carga.
Severidade:
VTCDsEfeitos do afundamento de tensão no ASD
• AMT do tipo A é o mais severo, leva ao menor valor de tensão.
• AMT do tipo B é o menos severo, leva ao maior valor de corrente.
Tipos de Afundamentos:
VTCDsSensibilidade dos ASDs
• Em um estudo conduzido pelo EPRI-PEAC (EletronicPower Research Institute – Power Eletronic ApplicationsCenter) foram testados 17 ASDs comerciais e 90% delesforam desligados com tensão remanescente inferior a 0.5p.u...
• Em geral, considera-se que os ASDs se sensibilizam comtensão remanescente entre 0,5 e 0,65 p.u., durante 8ms a0,5 s;
• Uma forma adequada de avaliar a suportabilidade dosASD é traçar sua curva de tolerância e comparar com ascurvas de sensibilidade dos equipamentos eletrônicos,como a SEMI F47, ITIC e CBEMA.
VTCDsSoluções ride-through
• Alimentação CC do sistema de controle
• Mitigação regenerativa
• Redução da velocidade e/ou da carga
• Motor com tensão reduzida
• Adição de capacitores no elo CC
• Conversores trifásicos
VTCDsAlimentação CC do sistema de controle
• Consiste basicamente na mudança da fonte primáriade alimentação do circuito de controle (ASDsantigos);
• Quando a alimentação é feita pela rede CA, o circuitoestá sujeito a toda perturbação que possa vir a ocorrerna rede;
• Quando alimentado por corrente contínua, a energiaarmazenada no capacitor pode ser suficiente para queo sistema de controle suporte o afundamento detensão por um certo intervalo de tempo.
VTCDsAlimentação CC do sistema de controle
Vantagem:
• Menor sensibilidade aos distúrbios da rede.
Desvantagem:
• O tempo que a solução será capaz de suportar osproblemas está diretamente relacionado ao tamanhodo capacitor (capacidade de armazenamento).
VTCDsMitigação regenerativa
Consiste em aproveitar a inércia da carga paratransformar o motor de indução em um gerador, ou seja,converter a energia cinética em energia elétrica para serarmazenada no capacitor do elo CC.
A energia cinética é convertida em energia elétricae transferida para o capacitor no deslocamento do ponto‘b’ para o ponto ‘c’ na curva de torque e velocidade.
VTCDsMitigação regenerativa
• Ponto ‘a’:V e Te unitáriof=60Hzω= 1700 rpm;
• Ponto ‘b’:V e f diminuemω não varia instantemente;
• Aparece um torque negativoque desacelera até o ponto ‘d’.
VTCDsMitigação regenerativa
Vantagens:• Apenas pequenas modificações de software;
• Não ocorre desenergização do campo magnético domotor.
Desvantagens:• Variação de velocidade e inversão de torque, por
consequência maior esforço dinâmico do motor;
• A duração é dependente da inércia da carga mecânicaacionada;
• Não é indicado para processos contínuos.
VTCDsRedução da velocidade e/ou da carga
A corrente solicitada pelo elo CC é diretamenteproporcional à variação da frequência (ventiladores ebombas).
Consiste em diminuir a solicitação de correntecom o intuito de prolongar a capacidade de alimentaçãoda energia armazenada no capacitor
VTCDsRedução da velocidade e/ou da carga
Vantagens:• Não necessita de hardware adicional;
• Para redução de 50% de carga e velocidade, oaumento no tempo de suportabilidade pode chegar a 4vezes.
Desvantagens:• A aplicação pode não aceitar operação com
velocidade/carga reduzidas;
• Somente aplicável para cargas com torque variável(ventiladores e bombas).
VTCDsMotor com tensão reduzida
Neste caso, a tensão remanescente pode chegar 0,45 p.u.
Equipamento Vac Vcc
ASD 460 V 620 VMotor de indução 230 V -
VTCDsMotor com tensão reduzida
Vantagens:• Não necessita de hardware adicional;
Desvantagens:• A tensão do ASD é o dobro da tensão nominal do
motor de 230 V;
• O isolamento do motor deve ser capaz de suportar astensões providas pelo ASD de 460 V.
VTCDsAdição de capacitores
Deve-se instalar 20 unidades de 5000 µF
,
Equipamento Vac Vcc P0 C Vcc,trip tr
ASD 460 V 620 V 10 hp 5000 µF 0,9 x Vcc 0,5 s
VTCDsAdição de capacitores
Vantagens:• Solução simples e robusta;
• Maior energia armazenada.
Desvantagens:• Custo relativamente alto, devido a necessidade de
espaço para instalação, considerações de segurança ecircuitos de carregamento adicionais;
• Maiores picos de corrente, que pode levar a atuaçãodo sistema de proteção ou danificar componentes.
VTCDsConversores trifásicos
Conversor boost unidirecional (passivo):
Consegue manter a tensão no elo CC muito próxima ao seu valor de regime permanente, mesmo frente à afundamentos severos, nos quais a
tensão remanescente chega a 0,50 p.u
VTCDsConversores trifásicos
Conversor boost bidirecional (ativo):
A mitigação pelo uso de conversores ativos constitui na substituição da ponte retificadora a diodo por um retificador PWM.
VTCDsConversores trifásicos
Vantagens:
• Oferece imunidade a afundamentos de tensão etransitórios;
• Pouca quantidade de harmônicos de corrente deentrada;
• A tensão do barramento CC pode ser reguladaconforme necessidade pelo inversor e ajustada pelousuário.
VTCDsConversores trifásicos
Desvantagens:
• Hardware adicional deve ser adequadamenteespecificado devido à corrente adicional absorvidadurante afundamento de tensão;
• Em caso de interrupção, o amplificador não será capazde manter o funcionamento.
VTCDsAplicações e considerações finais
• Alimentação CC do sistema de controle;
• Redução da velocidade e/ou da carga;
• Motor com tensão reduzida.
• A adição de capacitores ao elo CC.
Soluções de fácil implementação:
Soluções para pequenas cargas:
VTCDsAplicações e considerações finais
• Alguns processos não suportam variação develocidade superior a 5% por mais de 500 ms;
• Evitar o uso de mitigação regenerativa e aoperação com velocidade e/ou carga reduzida;
• Com uma pequena variação da velocidade, aalteração da característica V/Hz com ajuste detape do transformador pode ser uma alternativainteressante.
Processos que não suportam variação de velocidade:
VTCDsAplicações e considerações finais
• São recomendados para aplicação em utilizadosem processos que necessitem que o fluxo deenergia seja nos dois sentidos do conversor.
Retificadores Bidirecionais: