O documento descreve as características e o funcionamento do motor de indução trifásico. Ele destaca as vantagens do motor de indução em relação ao motor CC, como simplicidade e menor custo. Também aborda as barreiras iniciais ao uso do motor de indução e como a evolução tecnológica dos anos 90 permitiu seu uso mais amplo, especialmente com o controle vetorial. Por fim, explica conceitos como campo girante, número de pólos, velocidade síncrona e escorregamento.
1. INVERSORES-2002-2006
Motor de Indução Trifásico
• Características que o tornam superior:
– Simplicidade: Ao contrário do motor CC, não
requere manutenção do conjunto escovas /
comutador;
– Possui tamanho e peso reduzidos para uma
mesma potência nominal, portanto custo
menor;
– Mecanismo mais simples mais fácil de ser
fabricado;
– Pode ser ligado diretamente a rede elétrica.
Não necessita de fonte CC;
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2. INVERSORES-2002-2006
Motor de Indução Trifásico
• Barreiras ao emprego do motor de
indução trifásico (anos 80):
– Havia maior dificuldade em se variar a
velocidade em um acionamento controlado;
– Com motor CC basta variar a tensão aplicada a
armadura;
– Em CA os sistemas de controle eram mais
sofisticados e o resultado era de baixa
performance;
– Custo global do sistema (não apenas o
relativo a máquina) era maior.
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3. INVERSORES-2002-2006
Evolução Tecnológica nos
anos 90
• Custo dos componentes de eletrônica de
potência e de controle diminuiu
continuamente e por conseguinte o custo
dos conversores de freqüência idem;
• Tendência de vantagem cada vez maior
de custo total do sistema máquina mais
acionamento para as máquinas CA;
• Novas técnicas como o controle vetorial
possibilitaram às máquinas CA
comportamento similar ou superior aos
das máquinas CC.
allenz NAI 3
4. INVERSORES-2002-2006
Modelamento da Máquina de
Indução Trifásica
• Componentes:
– Estator:
• Enrolamentos nos quais é aplicada
alimentação de tensão alternada.
– Rotor:
• Composto de:
– Ou por uma gaiola de esquilo curto-circuitada.
– Ou por enrolamentos;
De qualquer forma, através de indução eletro-
magnética, o campo magnético produzido nos
enrolamentos do estator produz correntes no
rotor, de modo que, da interação de ambos os
campos magnéticos será produzido o conjugado
que levará máquina a rotação.
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6. INVERSORES-2002-2006
Modelamento da Máquina de
Indução Trifásica
• O campo magnético produzido no
estator é girante, devido a:
– Característica da CA trifásica da alimentação
do estator;
– Distribuição geométrica espacial dos
enrolamentos do estator;
O campo produzido pelas correntes induzidas no
rotor terá também as mesmas características e
procurará sempre acompanhar o campo girante
do estator.
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7. INVERSORES-2002-2006
Velocidade Angular do Campo
Girante
• Depende da:
– Freqüência da rede;
– Numero de pólos da Máquina;
• Número de Pares de Pólos:
– Indica quantos enrolamentos há no estator,
deslocados espacialmente de modo simétrico,
e que são alimentados pela mesma tensão de
fase.
• Ex: Se há 3 enrolamentos ( um para cada
fase ) estiverem dispostos num arco de 180o
e outros 3 enrolamentos ocuparem os 180o
restantes, diz se que esta é uma máquina de
4 pólos (ou 2 pares de pólos).
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8. INVERSORES-2002-2006
O Campo Girante
• No caso de um motor de 4 pólos:
– Dada a simetria circular da máquina, tem-se o
campo resultante, visto no entreferro, o qual
apresenta pólos resultantes deslocados 90o
espacial um do outro;
– A resultante no centro do arranjo é sempre nula,
no entanto o que importa é o fluxo magnético
presente no entreferro (distância entre o rotor e o
estator da máquina);
– A cada ciclo completo das tensões de alimentação
(360o elétricos) corresponderá a uma rotação de
180o no eixo.
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9. INVERSORES-2002-2006
O Campo Girante
• Tal máquina possui 4 pólos (2 pólos norte e 2 pólos
sul), distribuídos simetricamente e intercalados:
allenz NAI 9
10. INVERSORES-2002-2006
O Campo Girante
• Tal máquina possui 4 pólos (2 pólos norte e 2 pólos
sul), distribuídos simetricamente e intercalados:
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11. INVERSORES-2002-2006
O Campo Girante
• Tal máquina possui 4 pólos (2 pólos norte e 2 pólos
sul), distribuídos simetricamente e intercalados:
allenz NAI 11
12. INVERSORES-2002-2006
O Campo Girante
• Tal máquina possui 4 pólos (2 pólos norte e 2 pólos
sul), distribuídos simetricamente e intercalados:
allenz NAI 12
14. INVERSORES-2002-2006
Velocidade Angular do Campo Girante
• A velocidade de rotação do campo girante, chamada
de velocidade síncrona, é dada por:
2⋅ω (ω = 2.π.f)
ωs = (em rad/s)
p
Sendo: p Número de pólos
ω S Velocidade angular (em rad/s)
das tensões de alimentação da máquina,
• Por ser mais prático, podemos também trabalhar
com f em Hz e com n em RPM:
2.60.f
ns =
p (em r.p.m.)
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15. INVERSORES-2002-2006
Rotação do Rotor
• A corrente induzida no rotor possui uma
freqüência que é a diferença da freqüência do
campo girante e da rotação do rotor;
• Assim, na partida, com a máquina parada, a
freqüência da corrente induzida é máxima
(60 Hz no caso);
• A freqüência da corrente induzida vai-se
reduzindo enquanto o rotor acelera até
chegar tipicamente a uns poucos Hz , quando
á máquina atingir a rotação de regime.
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16. INVERSORES-2002-2006
Rotação do Rotor
• Desta análise concluímos que:
• Se o rotor girar a mesma velocidade do
campo girante, a diferença é zero, assim
não haverá corrente induzida uma vez
que não há variação de fluxo pelas
espiras do rotor.
• Não havendo corrente induzida no rotor,
não há como sustentar conjugado no
eixo.
– A produção de conjugado no eixo da máquina
deriva do fato de que a velocidade do rotor é
sempre diferente da velocidade do campo girante.
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17. INVERSORES-2002-2006
Rotação do Rotor
• Mas, em regime estável, ainda manterá
sempre uma pequena diferença. Ex:
– Num motor de 4 Pólos em 60 Hz temos:
2 ⋅ 60 ⋅ f 2 ⋅ 60 ⋅ 60
ns = = = 1800 rpm
p 4
– Entretanto a rotação do eixo especificada é de : 1720 rpm
– O que corresponde a uma freqüência assincrona de:
n ⋅ p 1720 ⋅ 4
fA = = = 57,33 Hz
2 ⋅ 60 120
– A freqüência da corrente induzida no rotor é:
finduzida = f − fA = 60 − 57,33 = 2,67 Hz
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18. INVERSORES-2002-2006
Rotação do Rotor
• Essa diferença entre a ωs − ωm
velocidade angular síncrona e s=
a velocidade angular do rotor,
pode ser convertida em um ωs
valor de índice:
• Ao qual da-se o nome de:
... Escorregamento (S)...
• O qual pode ser obtido 1800 − 1720
também, da mesma S= = 0,044
forma,a partir das 1800
rotações em RPM. ou 4,4%
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19. INVERSORES-2002-2006
O Escorregamento e o Fator de
Potência
• Com a máquina girando em vazio, o
escorregamento é mínimo e a corrente
induzida também, apenas suficiente para
produzir o conjugado à vazio.
• As correntes que circulam pelos
enrolamentos do motor são apenas para
manter a magnetização, tendo-se assim
uma carga altamente indutiva e um fator
de potência extremamente baixo:
(cos φ < 0,3)
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20. INVERSORES-2002-2006
O Escorregamento e o Fator de
Potência
• A medida que uma carga mecânica é aplicada ao
motor a velocidade rotórica diminui, causando
aumento do escorregamento e da freqüência da
corrente induzida no rotor.
• O aumento da corrente do rotor reflete na
corrente do estator, provocando também, o
aumento desta.
• Apesar de estarmos solicitando mais potência da
linha de alimentação, estamos produzindo mais
potência mecânica, e, com um fator de potência
melhor.
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21. INVERSORES-2002-2006
O Escorregamento e o Fator de
Potência
• A carga plena a máquina terá um
escorregamento que promove o equilíbrio
entre o conjugado do motor (CM) e o
conjuga resistente da carga (CRE).
• O fator de potência típico é de:
0,95 > cos φ > 0,8
Dependendo do porte do motor, sendo que
motores maiores apresentam também
maior fator de potência.
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22. INVERSORES-2002-2006
Motores de Alto Rendimento
• Os motores elétricos são responsáveis por 21,6% do
consumo total de energia elétrica no Brasil (SIESE -
Eletrobrás 2003), o que justifica o uso de motores de alto
rendimento.
• Os motores de alto rendimento são motores projetados
para, fornecendo a mesma potência útil na ponta do eixo
que outros tipos de motores, consumirem menos energia
elétrica da rede.
• LEI DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA (Decreto n° 4.508, de 11
de Dezembro de 2002) define os níveis mínimos de
eficiência energética de motores elétricos trifásicos de
indução, rotor de gaiola de esquilo, de fabricação nacional
ou importados, para comercialização ou uso no Brasil.
• NBR 7094: “Máquinas Elétricas Girantes - Motores de
Indução - Especificação”, define os valores nominais
mínimos para motores alto rendimento.
• Motores de alto rendimento tem custo superior aos
Standard, porém devido à redução do consumo de energia
em função do seu maior rendimento, é possível obter um
retorno do investimento inicial rapidamente:
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23. INVERSORES-2002-2006
Motores de Alto Rendimento
• Construtivamente os motores de alto rendimento
possuem as seguintes características:
– Chapas magnéticas de melhor qualidade (aço silício).
– Maior volume de cobre, que reduz a temperatura de
operação.
– Enrolamentos especiais, que produzem menos perdas
estatóricas.
– Rotores tratados termicamente, reduzindo perdas
rotóricas.
– Anéis de curto circuito dimensionados para reduzir as
perdas Joule.
– Projetos de ranhuras do motor são otimizados para
incrementar o rendimento (Altos fatores de enchimento
das ranhuras, que provêm melhor dissipação do calor
gerado).
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24. INVERSORES-2002-2006
A Curva de conjugado
• Uma curva de conjugado típica mostra três
regiões distintas que representam os três
modos de operação de um motor (para
este estando ligado direto a rede com f=60
Hz)
– Tração;
– Regeneração;
– Reversão.
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26. INVERSORES-2002-2006
Modo Tração
• Em tração, o rotor gira no mesmo sentido do campo
girante;
• O fluxo no entreferro se mantém constante se o conjugado
se manter constante;
• A medida que o escorregamento aumenta, o conjugado
também aumenta (ou vice-versa) e o aumento é
proporcional se estiver na região linear;
• A operação normal do motor se dá na região linear, uma
vez que se o CRE exceder a um valor máximo, o motor
parará;
– Se isso ocorrer teremos elevadas perdas de potência no rotor, devido a
altas correntes induzidas. As perdas provocam aquecimento e o
aquecimento prolongado danifica o motor.
• Na região linear a corrente do rotor cresce de maneira
praticamente linear com o escorregamento;
– O mesmo acontece com a potência e o conjugado.
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27. INVERSORES-2002-2006
Modo Regeneração
• O rotor e o campo girante movem-se no
mesmo sentido, mas a velocidade mecânica
ω M, é maior que a velocidade síncrona ω s .
– Isso resulta em um escorregamento negativo.
• Isso significa que a máquina está operando
como gerador, entregando potência ao
sistema de linha de alimentação à qual o
estator estiver conectado.
• Esta situação só pode ocorrer se tivermos um
controlador capaz de variar a freqüência da
CA de alimentação e se, a partir de um
regime estável, a freqüência passar a ser
diminuída.
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28. INVERSORES-2002-2006
Modo Reversão
• O campo girante gira em sentido oposto ao rotor,
levando a um escorregamento: 2 > S > 1
• Isso ocorre se repentinamente provocando a mudança
no sentido de rotação do campo pela inversão da
conexão de duas das três fases da alimentação do
estator;
• O conjugado produzido (que tende a acompanhar o
campo girante) se opõe ao movimento do rotor,
levando a uma frenagem da máquina;
• Enquanto estiver revertendo (desacelerando em um
sentido) o conjugado presente é pequeno mas
correntes são elevadas;
• A energia retida na massa girante e dissipada
internamente na máquina, levando-a ao aquecimento.
O número de reversões deve ser comedido para não
provocar superaquecimento devido ao acumulo
sucessivo de calor;
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29. INVERSORES-2002-2006
Métodos de Variação da
Velocidade da Máquina de Indução
• Do ponto de vista do acionamento, a
velocidade de um motor de indução pode
ser variada de uma das seguintes
maneiras:
– Controle da resistência do rotor (antigo);
– Controle da tensão do estator (antigo);
– Controle da freqüência do estator (antigo);
– Controle da tensão e da freqüência do estator
(controle escalar);
– Controle da corrente (controle vetorial).
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30. INVERSORES-2002-2006
Controle pela Resistência do Rotor
• Para uma máquina de rotor bobinado é possível,
externamente, colocar resistências que se somem à
impedância própria do rotor:
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31. INVERSORES-2002-2006
Controle pela Resistência
• A variação de Rx permite mover a curva
conjugado-Velocidade da máquina como mostrado
nos três casos abaixo:
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32. INVERSORES-2002-2006
Controle pela Resistência
• Note que para um determinado conjugado, o
aumento da resistência associada ao rotor leva a
uma diminuição da velocidade mecânica.
• Este método permite, além de limitar a corrente
de partida, também elevar o conjugado de
partida.
• Obviamente é um método de baixa eficiência
energética devido a dissipação de potência nas
resistências.
• O balanceamento das 3 fases é fundamental para
a boa operação da máquina.
• Este acionamento foi (é) usado especialmente em
situações que requeriam um grande número de
partidas/paradas, além de elevado conjugado.
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33. INVERSORES-2002-2006
Controle pela Resistência
• Os resistores podem ser substituídos por um
retificador trifásico que “enxerga” uma
resistência variável, determinada pelo ciclo de
trabalho do transistor de saída (fig b);
• Outros arranjos, permitem que, ao invés de se
dissipar energia em uma resistência externa, se
possa envia-la de volta a rede. A relação entre a
tensão CC definida pelo retificador e a corrente Id
refletem para o enrolamento do rotor como
resistência equivalente (fig c).
allenz NAI 33
34. INVERSORES-2002-2006
Controle Pela Tensão de
Alimentação do Estator
Das equações do conjugado, podemos observar que:
2
3 ⋅ R r ⋅ VS
Cd =
R r 2 2
S ⋅ ω S + ( XS + Xr )
S
2
3 ⋅ R r ⋅ VS
CS =
[
ωS ⋅ ( Rr ) + ( X S + X r )
2 2
]
O conjugado é proporcional ao quadrado da tensão
aplicada ao estator.
Assim, para um dado conjugado resistente, uma
redução na tensão provoca uma diminuição da
velocidade (de fato um aumento no escorregamento).
allenz NAI 34
35. INVERSORES-2002-2006
Controle Pela Tensão de
Alimentação do Estator
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36. INVERSORES-2002-2006
Controle Pela Tensão de
Alimentação do Estator
• Este tipo de acionamento não é aplicável
a cargas que necessitem de:
– Conjugado constante (independente da velocidade);
– Elevado conjugado de partida.
• Além do mais:
– a faixa de ajuste da velocidade é relativamente pequena;
– O ajuste é feito as custas de redução significativa do
conjugado disponível.
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37. INVERSORES-2002-2006
Controle Pela Tensão de
Alimentação do Estator
• Para que a performance desse tipo de
acionamento seja satisfatória, motores
especiais são construídos (denominados
de classe D):
– Tais motores possuem elevada resistência no
enrolamento de rotor de modo que a faixa de
variação de velocidade se torne maior e não seja
muito severa a perda de conjugado em baixas
velocidades.
• O acionamento é simples e de baixo
custo, justificando o uso para aplicações
de baixa performance tais como
ventiladores e bombas centrífugas, que
exigem baixo conjugado de partida.
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38. INVERSORES-2002-2006
Controle Pela Tensão de
Alimentação do Estator
allenz NAI 38
39. INVERSORES-2002-2006
Controle Pela Variação da
Freqüência
• O Conjugado do motor é dado por:
C = ke × Φ m × I R
Corrente rotórica
Conjugado do motor
• Já o fluxo pode ser resumido em: Fluxo magnético
VS 1 VS
φ0 ≅ = .
ωS 2π f
Assim, o Conjugado é dependente do fluxo e o
fluxo, por sua vez, é dependente da freqüência!
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40. INVERSORES-2002-2006
Controle Pela Variação da
Freqüência
• Pelas equações apresentadas
anteriormente conclui-se que:
– Manipulando-se apenas a freqüência da fonte de
alimentação CA do estator, tanto a velocidade
quanto o conjugado de um motor de indução,
podem ser variados simultaneamente, de modo
que:
• A velocidade é diretamente proporcional a
freqüência da CA;
• O conjugado é inversamente proporcional a
freqüência da CA.
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41. INVERSORES-2002-2006
Controle Pela Variação da
Freqüência
• No entanto tal acionamento não é
conveniente, pois:
– reduzindo-se a freqüência, aumenta-se o fluxo levando-
se a uma saturação da máquina o que provoca a
alteração da característica conjugado-velocidade.
– Para baixas freqüências, com a diminuição das
reatâncias, a corrente do estator tende a se elevar
demasiadamente.
– Se a freqüência for elevada acima da freqüência
nominal, fluxo e conjugado diminuem, característica
similar a dos motores CC, quando se faz elevação de
velocidade por meio de enfraquecimento do campo.
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42. INVERSORES-2002-2006
Controle Pela Variação da
Freqüência
• Uma alimentação deste tipo pode ser obtida por meio
de um inversor que forneça uma tensão constante
(valor eficaz), variando apenas a freqüência.
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43. INVERSORES-2002-2006
Controle da Tensão e da
Freqüência
• Se a relação entre a tensão e a freqüência da
alimentação do motor for mantida constante, o
fluxo de entreferro não se altera, de modo que o
conjugado máximo não se altera.
• Uma vez que a tensão nominal da máquina não
deve ser excedida, este tipo de acionamento
aplica-se para velocidades iguais ou menores que
a velocidade nominal.
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44. INVERSORES-2002-2006
Controle com Variação da
Tensão e da Freqüência
• Consideremos a relação entre a tensão e
a freqüência seja constante (Volts/Herts
constante);
• Dai pela lei de Lenz:
dφ(t )
v( t ) =
dt
• O fluxo é constante:
V0 1 V0
φ0 ≅ = .
ω 2π f
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45. INVERSORES-2002-2006
Conversores Estáticos de
Freqüência
• Concluímos então que para podermos variar a
velocidade de um motor de indução mantendo o
conjugado constante, devemos manter constante
a relação tensão/freqüência;
• O inversor que utiliza o princípio de manter V/Hz
constante é denominado inversor escalar.
• A figura mostra a característica conjugado-
velocidade para uma excitação deste tipo, para
velocidades abaixo da velocidade nominal.
allenz NAI 45
48. INVERSORES-2002-2006
Controle da Tensão e da Freqüência
• Notamos que o motor será capaz de girar
em qualquer velocidade abaixo da
nominal.
• No entanto, em rotações muito baixas o
motor perde a capacidade de produção de
conjugado.
– Isso ocorre em função das perdas existentes na
resistência do estator, que se torna muito resistivo.
• Uma das soluções possíveis é modificar a
curva Volts/Hz, de modo a compensar
este efeito.
allenz NAI 48
51. INVERSORES-2002-2006
Controle com Variação da
Tensão e da Freqüência
• A novidade foi poder sintetizar de forma simples
uma tensão trifásica com tensão e freqüência
ajustáveis.
• A idéia central é variar a velocidade do campo
girante do motor, mantendo sua amplitude
nominal, ou seja, conservando o fluxo magnético
no valor especificado pelo fabricante.
• O motor será capaz de girar em qualquer
velocidade abaixo da nominal.
• No entanto para rotações muito baixas, o motor
ainda apresenta perda de capacidade de produzir
conjugado...
allenz NAI 51
52. INVERSORES-2002-2006
Sistemas Automáticos de Controle
• Consiste num conjunto de
elementos interligados em malha
fechada, isto é, além do fluxo de
informação no sentido direto (da
entrada para a saída), existe outro
no sentido contrário (da saída para
a entrada), chamado de
realimentação (feedback).
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53. INVERSORES-2002-2006
Sistemas Automáticos de Controle
PERTURBAÇÕES
ENTRADA ELEMENTO SAÍDA
COMPA COMANDO FINAL DE PLANTA SENSOR
RADOR
COMANDO
SINAL DE VARIÁVEL VARIÁVEL
COMANDO MANIPULADA CONTROLADA
REALIMENTAÇÃO
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54. INVERSORES-2002-2006
Estrutura Básica
• Entradas / Saídas
digitais
• Entradas / Saídas
analógicas
CPU I.H.M Unidade de
Controle
• Interface serial
Interfaces e "Drives"
Etapa Etapa Unidade de
Link DC
Retificadora Inversora Potência
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56. INVERSORES-2002-2006
Retificador
Ponte não controlada na entrada que pode ser monofásica ou trifásica
dependendo do modelo do inversor.
+ Ud + Ud
REDE REDE
- Ud - Ud
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57. INVERSORES-2002-2006
Circuito Intermediário
Filtra a tensão retificada diminuindo seu "ripple", e fornece a corrente
de saída; Também faz a troca de reativos com o motor.
K1 Circuito de pré-carga
R
C
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58. INVERSORES-2002-2006
Etapa Inversora
Os transistores operam como chaves
(+)
CH1 CH3 CH5
T1
Link DC T2
T3
CH4 CH6 CH2
(-)
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59. INVERSORES-2002-2006
Etapa Inversora
Transforma o nível de tensão CC do link em uma tensão alternada para
que a mesma seja aplicada ao motor.
Como é possível transformar uma tensão CC em tensão CA ?
+ Ud
T1
+ Ud
CH1
T1
CH4
- Ud
- Ud
CH1
aberta CH4
fechada
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60. INVERSORES-2002-2006
Modulação
Sistema de modulação PWM ( Pulse Width Modulation )
portadora
Senóide de referência
Tensão média de saída
Forma de onda da saída
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61. Equação da Velocidade
INVERSORES-2002-2006
Mecânica (Rotórica)
Freqüência
120 ⋅ f
nm = ⋅ (1 − s )
p
Velocidade Escorregamento
Assíncrona
ou Número de pólos
Mecânica
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62. INVERSORES-2002-2006
Filosofias de Controle
Equação de Conjugado do Motor
C = ke × Φ m × I 2
Corrente rotórica
Fluxo magnético
Conjugado do motor
Controle Escalar Controle Vetorial
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63. INVERSORES-2002-2006
Controle Escalar
O conjugado será constante se o produto entre o fluxo e a
corrente rotórica for constante.
C = ke × Φ m × I 2
Podemos considerar que I2 seja praticamente constante.
Assim devemos avaliar como se comporta o fluxo.
U U
Φm = k1 × f ⇒ =K
f
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64. INVERSORES-2002-2006
Controle Vetorial
• O controle vetorial é um método de controle, com
uma visão da máquina e dos seus modelos
dinâmicos, que toma em consideração tanto a
amplitude das grandezas como a sua fase,
fazendo utilização de "vetores espaciais", cujas
projeções são as variáveis trifásicas.
• Tradicionalmente o controle vetorial utiliza a
estratégia de matrizes de transformação do
sistema de 3 eixos para um sistema de 2 eixos
(transformadas de Clark e Park). A estrutura de
regulação (malha fechada) recebe assim duas
constantes como referência: a componente do
conjugado (sobre o eixo q) e a componente do
fluxo (sobre o eixo d).
allenz NAI 64
65. INVERSORES-2002-2006
Controle Vetorial
Id = corrente de excitação
Corrente Iq = corrente de conjugado
de TRANSF
saída
Id Iq
Corrente
Integrador de
Tensão magnetização
de TRANSF
saída Valor estimado
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66. INVERSORES-2002-2006
Vetorial "Sensorless"
regulador regulador
referência
n I
Valor estimado
Corrente
de regulador
PWM
magnetização
φ
Valor estimado
allenz NAI 66
67. INVERSORES-2002-2006
Vetorial com "Encoder"
regulador regulador
referência
n I
Corrente
de regulador
magnetização
φ PWM
"Encoder"
Valor real
allenz NAI 67
68. INVERSORES-2002-2006
Comparativos entre Tecnologias
Inversores de Freqüência
Corrente Vetorial
Característica
Contínua Escalar "Sensorless" C / "Encoder"
Controle de
SIM SIM SIM SIM
Velocidade
Controle de
SIM NÃO NÃO SIM
conjugado
Sincronismo
Com SIM NÃO NÃO SIM
Precisão
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69. INVERSORES-2002-2006
Comparativo entre Tecnologias
Inversores de Freqüência
Corrente Vetorial
Característica
Contínua Escalar
"Sensorless" C/ "Encoder"
Precisão de
0,025 % 1% 0,5 % 0,01 %
velocidade
Faixa de
Variação de 1:100 1:10 1:20 1:100
Velocidade
conjugado de
150 % 100 % 150 % 150 %
Partida
allenz NAI 69
70. INVERSORES-2002-2006
Características de Partida
Tipo de Inversor
Escalar Vetorial Vetorial
Sensorless Com
Encoder
CP / CN 1,0 1,5 1,5
IP / IN 1,5 1,5 1,5
Valores máximos válidos para tempos de aceleração menores que 60 s.
allenz NAI 70
71. INVERSORES-2002-2006
Características de Frenagem
O inversor deve fazer com que o motor desacelere
a carga e pare após um determinado tempo
Sistemas normalmente aplicados :
• Rampa de freqüência;
• Frenagem reostática;
• Frenagem
regenerativa;
• Frenagem por injeção de corrente contínua.
allenz NAI 71
72. INVERSORES-2002-2006
Rampa de Freqüência
Este sistema é eficiente para
f
cargas de baixa até media
inércia.
t
Tempo da Rampa programável
allenz NAI 72
73. INVERSORES-2002-2006
Rampa de Freqüência
Para cargas com baixa inércia.
REDE MOTOR
Para cargas com inércia mais
elevada.
REDE GERADOR
Sobretensão
allenz NAI 73
74. INVERSORES-2002-2006
Frenagem Reostática
Energia dissipada
Não deve haver sobre-tensão por efeito Joule
no Link CC, para evitar que o
inversor entre em bloqueio na
execução da rampa.
Resistor de
frenagem
REDE GERADOR
Módulo de frenagem
allenz NAI 74
75. INVERSORES-2002-2006
Resistor de Frenagem
Tipo fita (maior porte) ou fio (menor porte);
O valor Ôhmico dependerá do
modelo do inversor (maiores correntes implica em
menores valores ôhmicos);
A potência de dissipação poderá ser definida através
da seguinte relação :
P Re sistor
≥ 0,2 × P Motor
(valores em kW)
allenz NAI 75
76. INVERSORES-2002-2006
Frenagem Regenerativa
REDE MOTOR
REDE GERADOR
Ponte regenerativa Ponte inversora
allenz NAI 76
77. INVERSORES-2002-2006
Frenagem por Injeção CC
f
Frenagem
reostática
Injeção de C.C.
Freqüência
mínima
UCC
trampa t
tmorto tCC
allenz NAI 77
78. INVERSORES-2002-2006
U/f Ajustável
Permite a alteração da curva U/f padrão ajustando a característica
de tensão e freqüência em uma condição não convencional.
allenz NAI 78
79. INVERSORES-2002-2006
Rampa S
Permite escolher uma rampa linear ou “S” para a aceleração e
desaceleração.
allenz NAI 79
80. INVERSORES-2002-2006
Potenciômetro Eletrônico
Esta função permite que duas entradas digitais sejam
programadas para acelerar e desacelerar o motor.
Acelera
Referência de
freqüência
Desacelera
Potenciômetro eletrônico
Habilitação
&
allenz NAI 80
81. INVERSORES-2002-2006
"Multispeed"
Ajuste de velocidades pré-definidas, através de combinações de
entradas digitais. Um CLP pode comandar as entradas digitais do
Inversor.
DI´s
f3
f2
f4
f1
f8
f5
f7
f6
allenz NAI 81
82. INVERSORES-2002-2006
Ciclo Automático
Esta função permite que o motor execute uma seqüência pré-
programada de velocidades, em tempos pré-definidos.
allenz NAI 82
84. INVERSORES-2002-2006
Rejeição de Freqüências
Permite que o Inversor rejeite freqüências indesejada como por
exemplo freqüências que causam ressonância mecânica na
máquina (vibração excessiva).
Velocidade
Motor
Banda
Proibida
Banda
Proibida
n1 n2
Referência
allenz NAI 84
85. INVERSORES-2002-2006
“Ride Through”
tFalta < 2 s
Tensão no link DC
desabilitado Pulsos de saída
Tempo ajustável
Tensão de saída
Freqüência de saída
allenz NAI 85
86. INVERSORES-2002-2006
Regulador P.I.D
Esta função permite controlar automaticamente através de ação
P.I.D , nível, pressão, vazão, temperatura, etc.
Velocidade
Referência
REGULADOR
PID
(Inversor)
(Sinal padronizado)
PROCESSO
Realimentação
allenz NAI 86
87. INVERSORES-2002-2006
Regulador de Velocidade
Esta função permite a regulação da velocidade do motor em malha
fechada, através de realimentação por “encoder”.
Velocidade
Referência
REGULADOR
PI
(Inversor)
("Encoder" incremental)
PROCESSO
Realimentação
allenz NAI 87
88. INVERSORES-2002-2006
Linha de Produtos
Inversores de Freqüência
USA Canadá Europa
allenz NAI 88
89. INVERSORES-2002-2006
Características Gerais
µ Certificações Internacionais
µ Faixa de freqüência de saída 0...300 Hz
µ Ponte inversora a transistor IGBT
µ IHM remota para painéis (cabos de 1/2, 1, 2,
5, 7.5 ou 10 m)
µ Interface serial RS-232 ou RS-485
allenz NAI 89
90. INVERSORES-2002-2006
Características Gerais
Padronização de programação
Produtos de nível internacional (exportação)
Compatibilidade eletromagnética “EMC”
Grau de proteção IP20 e NEMA 1 (CFW-09)
allenz NAI 90
91. INVERSORES-2002-2006
Características Gerais
µ Rampa Linear e rampa tipo “S”
µ Frenagem CC
µ Compensação I x R manual e automática
µ Função de JOG
µ Curva U/F ajustável
allenz NAI 91
92. INVERSORES-2002-2006
Características Gerais
µ Função “Multi-Speed” - 8 velocidades
µ Rejeição de freqüências críticas
µ “Ride-Through” (operação durante falhas
momentâneas da rede)
µ Compensação de escorregamento
allenz NAI 92
93. INVERSORES-2002-2006
Características Gerais
µLINE
µ Função “Flying Start” (partida com motor girando)
CFW-07
µ Frenagem Reostática incorporada
µ Regulador PID Superposto (Versão HVAC)
CFW-09
µ Função Flying Start (partida com motor girando)
µ Função Ride-Through (quedas momentâneas da rede)
µ H.M.I. com função COPY
allenz NAI 93
95. INVERSORES-2002-2006
Características Gerais
Inversor uLINE CFW-07 CFW-09
Tensão de I Nom. do Motor I Nom. do Motor I Nom. do Motor
Alimentação CFW (A) (CV) CFW (A) (CV) CFW (A) (CV)
220 Vca 1,6 0,25 1,8 0,33 6,0 1,5
Monofásico 2,6 0,5 2,6 0,5 7,0 2,0
4,0 1,0 4,1 1,0 10 3,0
6,0 1,5
7,3 2,0
10 3,0
allenz NAI 95
96. INVERSORES-2002-2006
Características Gerais
Inversor uLINE CFW-07 CFW-09
Tensão de I Nom. do Motor I Nom. do Motor I Nom. do Motor
Alimentação CFW (A) (CV) CFW (A) (CV) CFW (A) (CV)
220 Vca 7,0 2,0 10 3,0 6 1,5
7 2,0
Trifásico 16 5,0 10 3,0
13 4,0
16 6,0
24 7,5
28 10
45 15
54 20
70 25
86 30
105 40
130 50
allenz NAI 96
97. INVERSORES-2002-2006
Características Gerais
Inversor uLINE CFW-07
Tensão de I Nom. do Motor I Nom. do Motor
Alimentação CFW (A) (CV) CFW (A) (CV)
380 Vca 1,0 0,25 2,6 1,0
Trifásico 1,6 0,5 4,1 2,0
2,6 1,0 6,5 3,0
4,0 2,0 9,3 5,0
13 7,5
16 10
allenz NAI 97
98. INVERSORES-2002-2006
Características Gerais
Inversor CFW-09
Tensão de I Nom. do Motor I Nom. do Motor
Alimentação CFW (A) (CV) CFW (A) (CV)
380 Vca
3,0 1,5 60 40
4,0 2,0 70 50
Trifásico 5,0 3,0 86 60
9,0 5,0 105 75
13 7,5 142 100
16 10 180 125
24 15 240 150
30 20 361 270
38 25 450 300
45 30 600 400
allenz NAI 98
99. INVERSORES-2002-2006
Características Gerais
Inversor uLINE CFW-07
Tensão de I Nom. do Motor I Nom. do Motor
Alimentação CFW (A) (CV) CFW (A) (CV)
440 Vca 1,0 0,33 2,6 1,5
1,6 0,75 4,1 2,0
Trifásico
2,6 1,5 6,5 4,0
4,0 2,0 9,3 6,0
13 7,5
16 12,5
allenz NAI 99
100. INVERSORES-2002-2006
Características Gerais
Inversor CFW-09
Tensão de I Nom. do Motor I Nom. do Motor
Alimentação CFW (A) (CV) CFW (A) (CV)
440 Vca
3,0 1,5 60 40
4,0 2,0 70 50
Trifásico 5,0 3,0 86 60
9,0 6,0 105 75
13 10 142 100
16 12,5 180 150
24 15 240 200
30 20 361 300
38 25 450 350
45 30 600 500
allenz NAI 100
101. INVERSORES-2002-2006
Proteções
µ Curto-Circuito na saída (Fase-fase e fase-terra)
µ Sobrecarga no motor ( I x t )
µ Subtensão e sobretensão
µ Falta de fase na alimentação
µ Sobretemperatura na Potência
µ Erro de programação
µ Erro da comunicação Serial
allenz NAI 101
103. INVERSORES-2002-2006
Características Gerais
O que é ?
O motordrive consiste de um motor de indução
e um inversor de freqüência formando uma unidade
integrada, compacta e robusta
allenz NAI 103
104. INVERSORES-2002-2006
Características Gerais
Produto Inovador
Motor + Inversor
(unidade integrada do mesmo fabricante)
Rotação Nominal 1800 rpm (IV pólos) e
3600 rpm (II pólos)
Classe de isolação “F”
Carcaça de alumínio
allenz NAI 104
105. INVERSORES-2002-2006
Características Gerais
Formas construtivas do motor:
B3T (com pés - padrão), B35T (com pés e flange FF-
especial) e B34T (com pés e flange C - especial)
Controle microprocessado
Modulação PWM senoidal
Interface homem-máquina remota (opcional -
composta por display e cabo de 2, 5 ou 10 m)
Mesmas características elétricas e proteções do
CFW-07
allenz NAI 105
107. INVERSORES-2002-2006
Vantagens
Elevada compactação
Robustez elevada (Inversor IP55)
Custo reduzido da instalação elétrica
Eliminação de problemas entre motor e Inversor
Padronização de programação com uLINE, CFW-07,
CFW-09
Frenagem reostática incorporada (standard)
allenz NAI 107