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Relatório Máquinas Eléctricas     Academia de formação      24 de Março de 2013
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1.4.    IMPLEMENTAÇÃO       Para a implementação da ligação de todo o sistema para controlo do Simovertexterno, foi utiliz...
Antes de começarmos a fazer as ligações no borne de comando , primeiroprogramamos o Micromaster para parâmetros do motor q...
Figura 4 Diagrama de blocos das ligações do Micro master.       Nesta experiência, apenas foram utilizados algumas das fun...
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Figura 11 Acçãodas três correntes para produzir ocampo magnético rotativo                                                 ...
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Referências Documentaishttp://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9trico_trif%C3%A1sicohttp://www.automation.siemens.com/mc...
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  1. 1. SIMOVERT INVERSOR DE FREQUÊNCIA PWM Ricardo Antunes / Xavier Pereira / Ricardo Ferreira Relatório Máquinas Eléctricas Academia de formação 2013 i
  2. 2. Relatório Máquinas Eléctricas Academia de formação 24 de Março de 2013
  3. 3. AgradecimentosOs agradecimentos são dados a quem os mereceu. i
  4. 4. Resumo Nós Alunos da turma ARCIPB.09_12, no dia 5 de Dezembro de 2012, para adisciplina de máquinas eléctricas, elaboramos um trabalho experimental de 4 horas. O trabalho consistiu na ligação de um motor trifásico a um variador de frequênciada Siemens (SIMOVERT Micro master). Durante as primeiras duas horas foicompreendido o esquema de ligação do motor ao variador e as respectivas entradasanalógicas e digitais. Durante as duas horas finais, foram elaborados os testes e retiradas as conclusõesfinais do funcionamento geral do SIMOVERT.Palavras-ChaveSimovert iii
  5. 5. v
  6. 6. ÍndiceAGRADECIMENTOS ..................................................................................................................................... IRESUMO ....................................................................................................................................................... IIIÍNDICE ........................................................................................................................................................ VIIÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................................................. IXÍNDICE DE TABELAS ..................................................................................................................................XACRÓNIMOS................................................................................................................................................ XI1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................... 1 1.1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 1 1.2. OBJETIVOS ................................................................................ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 1.3. REQUISITOS ...................................................................................................................................... 2 1.4. CALENDARIZAÇÃO ................................................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 1.5. ORGANIZAÇÃO DO RELATÓRIO ................................................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.2. CONCEITOS TEÓRICOS .................................................................................................................. 13 2.1. MOTORES TRIFÁSICOS DE CA ................................................................................................ 133. ESTADO DA ARTE ...............................................................ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.4. PROJETO ...............................................................................ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.5. IMPLEMENTAÇÃO .............................................................ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 5.1. MATERIAL E SUA IMPLEMENTAÇÃO ......................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 5.2. IMPLEMENTAÇÃO...................................................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 5.3. IMPLEMENTAÇÃO EXTRA .......................................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 5.4. IMPLEMENTAÇÃO DO SENSOR DE PISTA AXE121 ....................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 5.5. IMPLEMENTAÇÃO DOS SONARES SRF05 ................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 5.6. IMPLEMENTAÇÃO DOS MOTRES EMG30 ..................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 5.7. IMPLEMENTAÇÃO DA GARRA .................................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.6. TESTES E RESULTADOS....................................................ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 6.1. TESTES REALIZADOS ......................................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.7. CONCLUSÃO E TRABALHO FUTURO ............................ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 7.1. CONCLUSÃO ............................................................................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 7.2. TRABALHO FUTURO.................................................................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.REFERÊNCIAS DOCUMENTAIS ............................................................................................................. 22 vii
  7. 7. Índice de FigurasFigura 1 Motor de indução – Estator .......................................................................................... 14Figura 2 Motor de indução – Rotor ............................................................................................ 14Figura 3 Ligação interna do Estator – Desfasamento 120º ......................................................... 15Figura 4 Acção das três correntes para produzir o campo magnético rotativo num motor trifásico. .................................................................................................................................... 16 ix
  8. 8. Índice de TabelasTabela 1 Tabela com os parâmetros utilizados ............................................................................. 7 x
  9. 9. Error! No text of specified style in document. xi
  10. 10. AcrónimosMHz – Mega HeartzACE - Rampa de acelaraçãoDEC - Rampa de desaceleraçãoCC – Corrente ContínuaCPU - Central ProcessingunitAC - AlternatingcurrentVCC - Voltagem Corrente ContínuaGND - GroundPWM - Pulse width modulationFmax - Frequência maximaFmin - Frequência minima xiii
  11. 11. xiv
  12. 12. xv
  13. 13. 1. INTRODUÇÃO1.1. INTRODUÇÃO O MicroMaster é um inversor com circuito intermediário de tensão constante, tipoP.W.M., para controlar velocidade de motores de indução trifásicos de 250 a 5500 W.Existem versões para alimentação monofásica de 230V e para alimentação trifásica de 380a 500V. O controlo é realizado através de um microprocessador. Com o método especial deP.W.M. (Modulação por Largura de Pulsos), de frequência de pulsos variável, se consegueuma operação extremamente silenciosa do motor. O modo de operação do MicroMaster pode ser ajustado a praticamente todas ascondições operacionais, se forem usados parâmetros especiais, através de seu próprioteclado. Sofisticados ajustes de velocidade, tempos de rampas, paradas precisas e váriasoutras condições de operação podem ser ajustadas com o auxílio da tecnologia demicrocomputadores desenvolvida para a electrónica de potência. A elevação do valor inicial da relação U/f pode ser programada ou realizadaautomaticamente pelo aparelho, sendo possível alcançar alta resolução no ajuste darotação. Está incorporado ao aparelho um sistema de frenagem por corrente contínua queassegura parada rápida e definida. Opcionalmente pode ser incluído o sistema de frenagemdinâmica por resistência o que permite operações em 4 quadrantes e pode inclusive serusada para frenagens rápidas e com tempo definido. 1
  14. 14. 1.2. OBJECTIVOS Conhecer as ligações eléctricas necessárias do variador Controlo de marcha/paragem, sentido de marcha, frequência de saída, tanto pelos portos digitais como teclado. Conhecer a programação do funcionamento do variador através da configuração, de parâmetros de funcionamento. Verificar a influência da modificação dos parâmetros ( ACE, DEC, Fmax, Fmin). Verificar quais as funcionalidades disponíveis. Verificar modos de controlo por teclado e pelo interface Analógico/Digital.1.3. REQUISITOS 1x Simovert Mirco master 2x Switch de duas posições 1x Potenciómetro 5kΩ Fio condutor Multímetro DatasheetMicromaster 2
  15. 15. 1.4. IMPLEMENTAÇÃO Para a implementação da ligação de todo o sistema para controlo do Simovertexterno, foi utilizado o esquema de fábrica para ligação dos componentes externos: Figura 1 Esquema de ligação Micromaster(Motortrifásico). Para a ligação do motor trifásico, temos então L1, L2 e L3, que são as três fases darede de alimentação trifásica. Para ligação ao motor são utilizados o W, V e U. Temostambém o B+ e B- que servem para colocação de uma resistência de frenagem que por suavez esta vai servir para protecção dos componentes internos do Micromaster. Mas como já estava colocado no Micromaster o chicote de monofásico utilizamos oseguinte esquema de placa de ligação: Figura 2 Esquema de ligação Micromaster (Motor monofásico). A única diferença é que apenas é usada uma das fases e usa-se o L2 como neutro, oresto das ligações são mantidas. 3
  16. 16. Antes de começarmos a fazer as ligações no borne de comando , primeiroprogramamos o Micromaster para parâmetros do motor que estávamos a utilizar: Figura 3 Placa de um motor padrão e parâmetros para programação. O display do MicroMaster faz indicação em dígitos. Na tabela de parâmetros sãoindicados os valores com a respectiva unidade. Por exemplo: 60 Hz = Display 060.0 Quando um valor de parâmetro é ajustado, ele é introduzido automaticamente namemória. Se for seleccionado para que o display indique a frequência de saída (P001 = 0),e o motor estiver parado, a cada 1,5 segundos o display mostra a frequência desejada, seestiver em P000. O MicroMaster é ajustado de fábrica, tomando por base os motorespadronizados SIEMENS de quatro pólos. Se for utilizado outro motor, é necessário entrarcom os valores indicados na placa de dados do motor nos parâmetros P081 até P085,(acesso permitido por P009). Após esta reprogramação, foi utilizado o seguinte esquema para ligação doscomponentes externos ao variador de frequências: 4
  17. 17. Figura 4 Diagrama de blocos das ligações do Micro master. Nesta experiência, apenas foram utilizados algumas das funções do Micro master, eessas foram : Potenciómetro nas ligações 1, 2 , 3 e 4 , para controlo externo da frequência de rotação do motor. 5
  18. 18. Pinos 8 e 9, para arranque para a direita e arranque para a esquerda (inversão do sentido de marcha). Pinos 10 e 11, frequências fixas alteráveis. W, Ve U para ligação ao motor. Depois das ligações feitas , começamos então por perceber a programação doMicromaster , e as funções que utilizamos foram as seguintes :P000 Faz o display indicar o valor de operação selecionado via P001. No caso de falhas, o código da principal falha, conforme a tabela de “códigos de erros/falhas”, é mostrado no display. No caso de alarmes, o display mostra o código correspondente e alternadamente com o valor de operação. Se na frequência de saída for seleccionado o parâmetro P001, a cada 1,5 segundos, o display mostrará o valor desejado de frequência, quando o motor estiver paradoP001 Selecção do display: 0 = Frequência de saída 1 = Valor desejado de frequência 2 = Corrente de saída para motor em Amperes. 3 = Tensão do circuito intermediário. em Volts 4 = Torque do motor em percentagem (%)P002 Tempo de rampa de aceleração de 0 a 650 s. (0 a fmáx). 6
  19. 19. P003 Tempo de rampa de desaceleração de 0 a 650 s. (fmáxa 0). Selecção do valor desejado:P006 0 = Digital; 1 = Analógico; 2 = Potenciómetro motorizado ou frequências fixas conforme.P012 Frequência mínima do motor ajustada entre 0.0 e 650.0 Hz.P013 Frequência máxima do motor ajustada entre 0.0 e 650.0 Hz.P023 Selecção do tipo de sinal analógico. 0 = 0 a 10 V ou 0 a 20 mA 1 = 2 a 10 V ou 4 a 20 mAP041 1ª frequência fixa.P042 2ª frequência fixa.P051 DIN 1 (Borne 8)P052 DIN 2 (Borne 9)P053 DIN 3 (Borne 10)P054 DIN 4 (Borne 11) Tabela 1 Tabela com os parâmetros utilizados Começamos então por colocar o P001 = 0, para podermos observar no P000 afrequência de rotação do motor. De seguida, definimos a rampa de aceleração edesaceleração para 10 segundos nos parâmetros P002 e P003. O próximo passo foi definirqual dos pinos usar para avanço e recuo da marcha do motor, e por uma tabela predefinida, o pino 8 e 9 correspondem á marcha do motor, logo colocamos o pino 8 parâmetro P051 a 7
  20. 20. 1 ( 1 = avanço) e o pino 9 parâmetro P052 a 2 ( 2 = recuo), assim podemos então controlaro avanço e recuo da marcha do motor , a partir de dois switches , um para avanço e outropara recuo. O teste seguinte necessitava da utilização de um potenciómetro para regularmanualmente a frequência de rotação do motor, então tivemos de habilitar as portasanalógicas do potenciómetro no parâmetro P006, colocando este mesmo a 1. Mas antesdisto colocamos o parâmetro P012 a 0Hz e o P013 a 50Hz, correspondendo estes ao Fmine Fmax. Depois disso verificamos que o potenciómetro começava nos 0Hz e só atingia ummáximo de 50Hz , porque tínhamos pré estabelecido que o Fmin = 0Hz e o Fmax= 50Hz.Colocando então primeiramente o parâmetro P023 a 0 , para podermos ter uma variaçãonas portas analógicas de 0 a 10v. Para o teste das frequências fixas, utilizamos o pino 10 e 11 , 10 corresponde a 5Hze 11 a 10Hz. Foram estas as frequências fixas utilizadas, colocamos então P053 e P054 a 6(correspondente a alteração para frequência fixa), ligamos um outro switch de cada vez acada um dos bornes digitais e verificamos no P000 que as frequências fixas estavamcorretas, e notou-se a diferença de velocidade do motor. 8
  21. 21. O trabalho prático foi implementado da seguinte maneira: Figura 5 Esquema de ligação na práticaEsquema da chapa do motor : 9
  22. 22. Figura 6 Chapa de informações do motorChapa referente ao variador: Figura 7 Chapa de informação do variador de frequência 10
  23. 23. 11
  24. 24. 2. CONCEITOS TEÓRICOS2.1. MOTORES TRIFÁSICOS DE CA Os motores trifásicos de CA são menos complexos que os motores de CC. Alémdisso, a inexistência de contactos móveis em sua estrutura garante seu funcionamento porum grande período, sem a necessidade de manutenção. A velocidade dos motores de CA édeterminada pela frequência da fonte de alimentação, o que propicia excelentes condiçõespara seu funcionamento a velocidades constantes. Os motores trifásicos de CA funcionamsob o mesmo princípio dos motores monofásicos, ou seja, sob a acção de um campomagnético rotativo gerado no estator, provocando com isto uma força magnética no rotor.Esses dois campos magnéticos agem de modo conjugado, obrigando o rotor a girar.2.1.1. TIPOS DE MOTORES TRIFÁSICOS DE CA Os motores trifásicos de CA são de dois tipos: motores assíncronos (ou de indução)e motores síncronos.2.1.2. MOTOR ASSÍNCRONO DE CA O motor assíncrono de CA é o mais empregado por ser de construção simples,resistente e de baixo custo. O rotor desse tipo de motor possui uma parte auto-suficienteque não necessita de conexões externas. Esse motor também é conhecido como motor de 13
  25. 25. indução, porque as correntes de CA são induzidas no circuito do rotor pelo campomagnético rotativo do estator. Figura 8 Motor de indução – Estator No estator do motor assíncrono de CA estão alojados três enrolamentosreferentesàs trêsfases. Estes três enrolamentos estão montados com umadesfasagem de 120º. O rotor é constituído por um cilindro de chapas em cuja periferia existemranhurasonde o enrolamento rotórico é alojado. Figura 9 Motor de indução – Rotor2.1.3. FUNCIONAMENTO Quando a corrente alternada trifásica é aplicada aos enrolamentos doestator domotor assíncrono de CA, produz-se um campo magnético rotativo(campo girante).A figura10.3 mostra a ligação interna de um estator trifásico em que asbobinas (fases) estãodesfasadas em 120º e ligadas em triângulo. 14
  26. 26. Figura 10 Ligação interna do Estator – Desfasamento 120º O campo magnético gerado por uma bobina depende da corrente que nomomentocircula por ela. Se a corrente for nula, não haverá formação de campomagnético; se ela formáxima, o campo magnético também será máximo. Como as correntes nos três enrolamentos estão com uma desfasagem de120º os trêscampos magnéticos apresentam também a mesma desfasagem.Os três campos magnéticosindividuais combinam-se e disso resulta umcampo único cuja posição varia com o tempo.Esse campo único, giratório, é quevai agir sobre o rotor e provocar seu movimento. Oesquema a seguir mostra como agem as três correntes para produzir ocampo magnéticorotativo num motor trifásico. 15
  27. 27. Figura 11 Acçãodas três correntes para produzir ocampo magnético rotativo num motor trifásico. No esquema vemos que no instante 1, o valor da corrente A é nulo e,portanto nãohá formação de campo magnético. Isto é representado pelo O (zero)colocado no pólo doestator.As correntes B e C possuem valores iguais, porém sentidos opostos.Comoresultante, forma-se no estator, no instante 1, um campo único direccionado no sentido N -> S.No instante 2, os valores das correntes se alteram. O valor de C é nulo. Ae B têmvalores iguais, mas A é positivo e B é negativo. O campo resultantedesloca-se em 600 emrelação à sua posição anterior.2.2. PULSO PWM O módulo de geração de Modulação por Largura de Pulso (PWM) é umrecursomuito utilizado para o controle de motores e conversores CC-CC em geral. A partirde ele é possível gerar um sinal analógico, apesar de sua saída ser um sinal digital queassumeapenas os níveis lógicos altos (um) e baixos (zero). 16
  28. 28. A saída gerada é uma onda quadrada, com frequência constante e largura de pulsovariável. Estes conceitos estão directamente relacionados com o período fixo e o cicloativo (dutycycle) respectivamente. A frequência de uma onda pode ser definida como a quantidade de vezes que elaserepete no tempo. E o período é cada pedaço dessa onda que irá se repetir. O dutycycledefine o tempo de sinal ativo (nível lógico alto) em um período fixo. Assim, quando temosum dutycycle de 100%, temos nível lógico alto por todo o período.Um dutycycle de 50%define a metade do período em nível lógico alto e a outra metadeem nível lógico baixo. Seuma saída TTL for utilizada, a tensão média de saída em umdutycycle de 50% será 2,5V.Estes conceitos são demonstrados na figura abaixo. Devemos lembrar que o PWM nem sempre possui estado inicial positivo, podendoiniciaro período com nível lógico baixo. Figura 12 Gráficos de pulsos de pwm A base de tempo dos módulos PWM normalmente é implementada de duas formas.Uma destas formas é utilizando o próprio módulo temporizador como base detempo no 17
  29. 29. PWM, ou seja, se o temporizador está configurado para um período de 1ms, afrequência doPWM será de 1 KHz. A outra forma é utilizando um temporizador específicopara o PWM, que deve serconfigurado para a frequência desejada. Ainda, umtemporizador pode ser utilizado comobase de tempo de várias saídas PWM, ou seja, vários PWM com a mesma frequência, maslarguras de pulso diferentes. A figura a seguir irá exemplificar o funcionamento de um PWM emummicrocontrolador onde o registrador PTPER possui o valor referente ao período doPWM e os registradores PWM1H e PWM2H representam dois canais de saída PWM. Figura 13 Sinal de PWM e seus estados ativos2.3. SINAL ANALÓGICO E SINAL DIGITAL A informação transportada nos modernos sistemas de telecomunicações pode serclassificada em sinais de áudio, de vídeo e de dados. Esta informação entra no sistemareceptor através de um transdutor, gerando uma diferença de potencial, que é designadapor sinal de informação e pode ser de tipo analógico ou digital. Um sinal analógico varia no tempo de um modo análogo ao da propriedade físicaque esteve na sua origem. Estes sinais são contínuos e podem assumir qualquer valor entre 18
  30. 30. dois limites. Um exemplo de sinal analógico é a voltagem gerada por um microfone, já queé proporcional ao gráfico do deslocamento em função do tempo, das moléculas do ar quese encontra à sua frente. Um sinal digital não varia continuamente ao longo do tempo, apenas pode assumirdois valores, digamos 0 ou 1; é essencialmente uma representação codificada dainformação original. Um exemplo de sinal digital é a sequência de altas e baixas voltagensproduzida durante uma chamada telefónica digital.2.3.1. CONVERSÃO ANALÓGICO-DIGITAL Um conversor analógico-digital (ADC) é um aparelho para a conversão de valoresdigitais num fenómeno que varia no tempo. Quando os valores numéricos podem serarmazenados em formato binário (isto é, por um computador), chamamos de dadosmultimídia. Um computador chamado "multimídia" é uma máquina capaz de digitalizardocumentos (papel, áudio, vídeo, etc). Os principais periféricos que contêm conversoresanalógico-digitais são:• As placas de aquisição de vídeo• Os scanners• As placas de captura de som (quase todas as placas de som)• Os leitores (óticos como o leitor de CD-ROM, magnéticos como o disco rígido)• Os modems (na recepção)2.4. CONVERSÃO DIGITAL-ANALÓGICO Os conversores digital-analógicos transformam um sinal digital em sinal analógico.Na verdade, mesmo se um dado digital for fácil de armazenar e manipular, ele deve serexplorado. O que seria um som digital se não pudéssemos ouvi-lo... 19
  31. 31. Assim sendo, num computador multimídia, encontramos conversores digital-analógicos para a maioria das saídas:• saídas de áudio das placas de som• sintetizador musical• impressora• modem (na emissão) 20
  32. 32. 3. CONCLUSÃO Para concluir, verificamos que no decorrer do trabalho com o Micro Master, emque se alteramos os parâmetros podemos trabalhar com diferentes motores. Isto é, não sófuncionar com um motor monofásico que tem uma frequência de, por exemplo 60Hz, emque vai-se ao programa desejado e altera-se, como também dá para indicarmos o tempo deaceleração e desaceleração, entre outros parâmetros possíveis para o que queremos. 21
  33. 33. Referências Documentaishttp://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9trico_trif%C3%A1sicohttp://www.automation.siemens.com/mcms/mc/en/converters/low-voltage-converters/simovert-masterdrives/pages/simovert-masterdrives-frequency-converters.aspxhttp://www.automation.siemens.com/WW/forum/guests/PostShow.aspx?PageIndex=1&PostID=276096&Language=en 22
  34. 34. 23

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