O documento discute conversores de frequência, que convertem tensão contínua em corrente alternada de frequência variável para acionamento de motores. Descreve características e aplicações de inversores, incluindo modulação por largura de pulso para controlar tensão e frequência. Também aborda controles escalar e vetorial para melhor desempenho do motor.

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CONVERSORES DE
FREQUÊNCIA
♦Convertem tensão c.c. para c.a.
simétrica de amplitude e frequência
desejadas
♦A forma de onda dos inversores não é
senoidal
Introdução a inversores

2. 2/2/2009
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♦Acionamento de M. I. com velocidade
variável
♦Aquecimento indutivo
♦Sistema de energia ininterrupta
♦Reatores eletrônicos
Algumas aplicações dos inversores
♦Os inversores podem ser monofásicos
ou trifásicos
♦As chaves semicondutoras precisam
ter disparo e bloqueio controlados
Características dos inversores

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Vs
Q1
Q4
Q3
Q2
a b
vab
vs
- vs
t
i
I
- I
t
Inversor monofásico
Inversor com carga R L
Vs
Q1
Q4
Q3
Q2
a b
vab
vs
- vs
t
i
I
- I
t

4. 2/2/2009
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♦Variar a frequência de acordo com a
saída desejada
♦Permitir o ajuste de tensão para manter
fluxo constante
♦Fornecer a corrente nominal em
qualquer frequência
Inversores para acionamentos
Devem satisfazer os seguintes requisitos:
♦Os conversores de frequência usuais
são alimentados por um retificador não
controlado
Módulo de entrada de um
conversor de frequência
Rede +
−
Vd
MOTOR

5. 2/2/2009
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Limitação da corrente de inrush
♦Os capacitores são carregados via
resistor; o relé fecha após alguns
segundos para operação normal
C
♦PWM ⇒ Pulse Width Modulation
♦O PWM controla a frequência e o
valor eficaz da tensão de saída
Inversor a PWM senoidal
Tensão de entrada Tensão de saída

6. 2/2/2009
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Circuito esquemático do
Conversor a PWM
♦ Circuito Unifilar
Circuito esquemático do
Conversor a PWM
♦ Circuito Trifilar

7. 2/2/2009
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Tensão Gerada pelo Inversor
Inversor a Fonte de Tensão (VSI)
Modulação por Largura de Pulso
Senoidal (SPWM)
Função de chaveamento
Com a corrente
retificada o bloco
inversor irá gerar uma
“CA” sintética
Isto é feito comutando a
CC utilizando a
modulação PWM
Com isto é possível
variar a frequência e a
tensão entregues ao
motor

8. 2/2/2009
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♦O número de pulsos depende
da frequência de chaveamento
tempo
Vdc
-Vdc
Tensão PWM de saída
♦ Embora a tensão seja uma
sequência de pulsos, a corrente
é quase senoidal
Formas de Onda Reais

9. 2/2/2009
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♦A forma de onda da corrente no
motor é quase senoidal devido à
característica indutiva do motor
♦Devido às perdas adicionais é
recomendado que a potência
nominal do motor seja superior à
potência necessária para acionar a
carga
Desclassificação do motor
♦ A forma de onda da corrente na rede
contém harmônicas
♦ A figura representa a forma de onda na
presença de um retificador monofásico
com filtro capacitivo
Corrente na rede
Vs
is is1
wt
φ1

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♦ A figura representa a forma de onda
na presença de um retificador trifásico
com filtro capacitivo com pouca carga
Corrente na rede
♦ A figura representa a forma de onda da
corrente em um conversor de frequência
trifásico com carga.
Corrente na rede

11. 2/2/2009
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♦O fator de potência visto pela rede é
diferente do fator de potência do
motor
♦O fator de deslocamento é
aproximadamente unitário
♦O fator de potência é baixo devido às
harmônicas
Efeito na rede de alimentação
Harmônicas na rede de
alimentação
Tensão de
alimentação
Ordem
harmônica
Impedância
de entrada
2 %
Impedância
de entrada
4 %
1 100 % 100 %
3 83 % 76 %
5 57 % 41 %
7 29 % 14 %
9 11 % 6 %
11 8 % 6 %
220 V
Monofásico
13 6 % 3 %
1 100 % 100 %
5 56 % 39 %
7 31 % 15 %
11 7 % 7 %
220 V
Trifásico
13 6 % 3 %

12. 2/2/2009
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Problemas nas aplicações de
inversores
♦ Harmônicas na rede
♦ Aquecimento adicional no motor
♦ Picos de tensão no motor
♦ Ruídos audíveis
♦ Interferência eletromagnética
Frenagem em inversores
♦ Durante a frenagem, o fluxo de potência
passa a fluir do motor para o inversor
♦ O sentido da corrente no elo c.c. se
inverte
♦ Frenagem dissipativa
♦ Frenagem regenerativa

13. 2/2/2009
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♦ A energia cinética é dissipada em
uma resistência
Frenagem dissipativa
INVERSOR
R
MOTOR
REDE
V
+
−
♦ A energia cinética é regenerada na
forma de energia elétrica para a rede
Frenagem regenerativa
INVERSOR MOTOR
REDE
V
+
−

14. 2/2/2009
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Ponte retificadora controlada
em configuração antiparalela
Permite regeneração de energia
Rede
de
60 Hz
Rede
de
60 Hz
INVERSOR
DE FREQ.
♦ A decisão de se empregar a
frenagem regenerativa ou a
frenagem dissipativa está na relação
custo adicional do equipamento
versus custo da energia dissipada
♦ O ciclo de trabalho e a potência do
acionamento são fatores decisivos
Tipo de frenagem

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Controle sem malha de
velocidade
♦ A rotação pode ser controlada sem
uma malha de realimentação de
velocidade
♦ Com a variação do torque na carga,
o escorregamento varia, produzindo
uma variação na rotação
♦ Motor:
• Potência Nominal
• Tensão Nominal
• Corrente Nominal
♦ Rede:
• Tensão Nominal
• Capacidade de curto
• Requisitos quanto a Harmônicas
• Filtro
Dados necessários para
especificar um inversor

16. 2/2/2009
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♦ Aplicação:
• Tipo do processo
• Distância inversor - motor
• Faixa de velocidade de operação
• Requisitos de exatidão
• Torque nominal
• Torque de partida
Continuação
♦ O modo de controle de velocidade
escalar se baseia na utilização das
variáveis de controle: Tensão [V] e
Freqüência [f];
♦ É um modo de controle simples e
bastante usado.
Controle Escalar

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Controle Escalar
60
fN
Vmotor
f
30
460V
Curva V/f
programável
Operação c/
Boost de
Tensão
0
♦ No modo de controle escalar não é
possível efetuar um controle de
torque adequado;
♦ Não é necessário conhecer os
parâmetros do motor pois o seu
modelo matemático não é usado.
Controle Escalar

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♦ Utilizado, principalmente, no acionamento
de bombas e ventiladores. Para estas cargas
é possível reduzir as perdas no motor
utilizando a opção V/f quadrática, o que
resulta em economia de energia;
♦ Também é utilizado quando mais de um
motor é acionado por um inversor
(aplicação multimotores).
Controle Escalar
♦ No modo vetorial a operação é
otimizada para o motor em uso,
obtendo-se um melhor desempenho
em termos de torque e regulação de
velocidade;
♦ Os parâmetros do motor são
necessários para o uso das equações
dinâmicas.
Controle Vetorial

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Controle Vetorial
O controle vetorial separa as duas
componentes da corrente do estator (Is):
uma que fornece o fluxo no entreferro ( Im) e
outra que produz o torque(Ir).
Fornece controle independente do fluxo e
do torque.
Existe uma analogia com o motor c.c. em
que a corrente de campo e a corrente de
armadura são controladas como variáveis
independentes.
MODELO DO MOTOR CC

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Modelo em Regime Permanente
do Motor de Indução
Controle Vetorial
Controle vetorial normal – possui
malha fechada com transdutor de
posição;
Controle vetorial sensorless – possui
malha aberta e, portanto, sem
transdutor de posição;
Existem dois tipos de controle
vetorial:

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Controle Vetorial
No controle vetorial normal o trabalho
computacional é grande, mas
pode ser realizado por um DSP;
O controle vetorial sensorless é
mais pobre do que o controle por
malha fechada, mas ainda possui
melhor desempenho de resposta
se comparado a qualquer sistema
v/f.
Comparativo entre
Tecnologias
CARACTERÍSTICA Motor c.c.
com
Tacômetro
Conversor de Frequência
Escalar Vetorial
Sensorless Encoder
Precisão de
velocidade
0,025 % 1 % 0,5 % 0,01 %
Torque em
velocidade zero
SIM NÃO NÃO SIM
Controle de torque Alto Baixo Médio Alto