Teoria

Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 1
s
ACIONAMENTOS
DE VELOCIDADE
VARIÁVEL

Página 2
s
Comportamento de cargas
Para um sistema dotado de movimento de rotação temos:
P C N= ×
9 55,
“Se uma carga mecânica requer determinada potência P, equivale a
necessitar de um dado conjugado C a uma dada rotação N”
C equivale a “FORÇA”
N equivale a “VELOCIDADE”
Força (F)
Raio (r)
C F r= ×

Página 3
s
Aceleração e frenagem
O conjugado necessário para acelerar (ou frear) uma dada carga depende da:
•Inércia da carga
•Faixa de variação de rotação
•Tempo de aceleração (frenagem)
↑ ⇒ ↑J Ca
↑ ⇒ ↑∆N Ca
↑ ⇒ ↓ta Ca
E pode ser calculado pela equação:
Ca J N
ta
= ×
×
∆
9 55,

Página 4
s
Motor assíncrono

Página 5
s
Secção transversal de um motor
assíncrono
Ventilador
Rolamentos
Bornes de conexão
Enrolamentos Rotor
Eixo

Página 6
s
Nk
C , I
CN IN
Ck
CA
Ponto de
operação
Cn
NN Ns N
I
5 a 7
3
1
~1,5
0
2 Cm/n
5 a 7
Motor de gaiola - curvas característicasMotor de gaiola - curvas características

Página 7
s
Características de torque e corrente vs
rotação em motores de gaiola
5 a 7 x IN
C0
IA
IN
CS
I
0 0
C`
CN
CP
NN NS
CP
CL
C0
CN
C0
CN
SN
conjugado máximo
conjugado de carga
conjugado de partida
conjugado nominal
1,5 x CN
0,4 x CP
1% ¸ 10%
(285 ¸ 0,5kW)
N =
60x f
p
[ rpm ]
N

Página 8
s
Nk
C , I
CN IN
Ck
CA
Ponto de
operação
Cn
NN Ns N
I
5 a 7
3
1
~1,5
0
Motor de gaiola - curvas característicasMotor de gaiola - curvas características
2

Página 9
s
Enfraquecimento de campo na práticaEnfraquecimento de campo na prática
A relação tensão/freqüência (fluxo) é
mantida constante ou otimizada
Logo: cte
f
U ==φ
O conjugado se mantém constante para
uma dada carga
C k aI= × ×φ
A potência varia proporcionalmente à
variação de rotação
P C N= ×
9 55,
A tensão mantém-se constante, a
frequência varia.
Logo, o fluxo se reduz com o aumento
da frequência
( )U cte
f ↑
⇒ ↓φ
A corrente Ia tende a compensar a
redução do fluxo, tentando manter C
constante
C k aI= × ↓ × ↑φ
O limite de corrente do inversor poderá
ser atingido, causando o seu
desligamento, ou o motor poderá se
sobreaquecer
FAIXA DE OPERAÇÃO NOMINAL ENFRAQUECIMENTO DE CAMPO

Página 10
s
Diagrama torque / rotação de um motor de gaiola
C
CN
CKNCKN = constante
CN
1,0
2,0
2,5
0 0,2 0,4 0,6 0,8
zona fluxo cte
1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
zona enfraq. campo
SN
N
NSSN = constante
CN = constante
>30%
O conjugado do acionamento se reduz naO conjugado do acionamento se reduz na
zona de enfraquecimento de campozona de enfraquecimento de campo
kC
N
=
1
2
nC N
=
1

Página 18
s
Critérios para dimensionamento deCritérios para dimensionamento de
inversores de freqüênciainversores de freqüência
CL=cte
CL~N
CL~N2
CL~1/N
1. Característica da carga acionada
Conjugado constante Conjugado linear
Conjugado hiperbólicoConjugado quadrático

Página 19
s
Carga de Torque Constante ou Variável?Carga de Torque Constante ou Variável?
Velocidade
Características Torque x Velocidade de algumas cargas
Bomba, Ventilador
Extrusora, Misturador
Transportador
Compressor
Torque
Característica de Carga Torque Variável
100% Freqüência Nominal
Torque - proporcional ao
quadrado da velocidade
Potência - proporcional
ao cubo da velocidade
As Cargas de Torque Variável, tais como certas Bombas e Ventiladores normalmente não exigem
sobrecarga e funcionam com grande redução da potência consumida abaixo da freqüência nominal.
Por esse motivo, as unidades MIDIMASTER possuem maior capacidade quando operadas com
Bombas ou Ventiladores . A mesma é automaticamente habilitada quando P077 = 002 -
Característica de Torque Variável.

Página 20
s
Critérios para dimensionamento deCritérios para dimensionamento de
inversores de freqüênciainversores de freqüência
2. Regime de serviço + ciclo de operação da carga
→Aceleração e frenagem
→Ciclo de acelerações/frenagens por período
t1 t2 t3 t4
P1
P2
P3
P4
P, C, I
t(s)
T

Página 21
s
Critérios para dimensionamento doCritérios para dimensionamento do
inversor de freqüênciainversor de freqüência
M
~
}
LL
M
~
}
< L / 2< L / 2
Distância entre o inversor e o motor
Cabos não blindados
Cabos blindados
Quanto maior for o comprimento dos cabos
entre o inversor e o motor, maior será seu efeito
capacitivo.
Este efeito eleva a necessidade de corrente para
uma dada carga, sobrecarregando o inversor.
Devem ser previstos filtros na saída do inversor
para compensar este efeito, ou sobredimensionar
o aparelho para suportar a corrente maior.
Os filtros podem ser indutivos, dv/dt ou senoidais.
Obs.: Com cabos blindados este efeito se eleva
de 2 a 3 vezes se comparado com cabos não-
blindados

Página 22
s
Operação com Cabos LongosOperação com Cabos Longos
Alta freqüência e pulsos da
tensão de chaveamento fazem
com que correntes residuais
fluam para a terra por efeito
capacitivo.
O problema se agrava no caso
de cabos longos e/ou
blindados.
Solução:
Aumente a capacidade nominal do inversor, com maior intensidade
de corrente, ou use um reator de saída a fim de reduzir as correntes
capacitivas.

Página 23
s
M
~
M
~
M
~
d1 d2
d3
dtotal=d1 + d2 + d3
dtotal=d1 + d2 + d3
L
Acionamentos Multi-MotoresAcionamentos Multi-Motores
Efeito capacitivo presente - deve ser
considerada a soma dos comprimentos dos
cabos do inversor aos motores
Regulação vetorial deixa de ser possível
Os motores deixam de ser
protegidos pelo inversor
A corrente nominal do
inversor deve ser maior do
que a soma das correntes
dos motores
Todos os motores girarão de
forma igual
I1 I2 I3
Iinv > I1 + I2 + I3
Iinv > I1 + I2 + I3

Página 24
s
Retificador
Fase L1 Fase L2 Fase L3
Curto devido à comutação
entre fases
Curto devido à comutação
entre fases
L1
L2
L3
Geração de harmônicosGeração de harmônicos
U (V)
Ifase (A)

Página 25
s
Problemas Potenciais de AlimentaçãoProblemas Potenciais de Alimentação
MICROMASTER Motor
Equipamentos de
Correção de Fator
de Potência
Máquinas
de Solda
Aquecedores
RF etc.
Grandes Drives
e Sistemas
Eletrônicos de
Potência
Descargas Atmosféricas,
Falhas no Sistema
de Potência
instale aqui um Reator de
Entrada e equipamento
de Proteção contra Sobretensões

Página 26
s
HarmônicasHarmônicas
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
50
150
250
350
450
550
650
•Estas são as Harmônicas medidas para inversores conectados a redes mono e trifásicas.
•As Harmônicas dependem da alimentação, e os resultados diferem dos teóricos.
Freqüência Harmônica
Alimentações Trifásicas
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
50
150
250
350
450
550
650
Freqüência Harmônica
Alimentações monofásicas
Corrente
(totalRMS=1)
Corrente(totalRMS=1)

Página 27
s
Níveis Típicos de Corrente HarmônicaNíveis Típicos de Corrente Harmônica
Tipo de
Inversor /
Tensão de
Alimentação
Harm
ônica
nr.
Harmônicas
Típicas de
Corrente com
impedância de
entrada 1%
Harmônicas
Típicas de
Corrente com
impedância de
entrada 2%
Harmônicas
Típicas de
Corrente com
impedância de
entrada 4%
230V 1ac 1 100% 100% 100%
3 87.9 83.1 76.2
5 68.2 56.9 41.3
7 45.5 29.2 14.3
9 24.2 10.8 6.3
11 9.1 7.7 6.3
13 6.1 6.2 3.2
230V 3ac 1 100% 100% 100%
MDV2200/2 5 72.9 56.3 39.4
e menores 7 48.4 31.3 14.7
11 10.6 6.6 6.9
13 5.5 6.6 3.4
400/500V 1 100% 100% 100%
3ac 5 72.5 62.0 41.0
MDV3700/3 7 52.6 36.7 16.5
e menores 11 17.0 7.4 7.3
13 7.2 6.2 3.2
400/500V 1 100% 100% 100%
3ac 5 42.7 37.8 32.6
MDV4500/3 7 17.7 13.2 9.2
e maiores 11 6.7 7.1 6.9
13 4.0 3.5 3.3
Níveis elevados em unidades
monofásicas
Melhora em unidades trifásicas
Unidades maiores possuem um
choke DC embutido - níveis
reduzidos
Para impedâncias de entradaPara impedâncias de entrada
menores que 0,5% émenores que 0,5% é
recomendado o uso derecomendado o uso de
Reator de Entrada.Reator de Entrada.

Página 28
s
HarmônicosHarmônicos
M
L1 L2 L3
Efeitos dos HarmônicosEfeitos dos Harmônicos
- Afetam a isolação de motores, transformadores
e cabos
- Geram maior aquecimento destes componentes
- Afetam a operação de aparelhos eletrônicos
“funcionamento maluco”
Sistema de alimentação
Os inversores tanto podem
gerar harmônicos como são
afetados pelos gerados por
outros aparelhos.
Trafo de alimentação
Solução:Solução:
Acrescentar na entrada
do acionamento reatores
capazes de filtrar os
harmônicos.
M M

Página 29
s
• O que é EMC?
• Por que é um problema?
• Como limitar os efeitos -
Junto da unidade?
Externamente?
• Explicação de Alguns Termos
• Quais são as recomendações chave?
• Exemplos
Compatibilidade Eletromagnética - EMCCompatibilidade Eletromagnética - EMC

Página 30
s
Os Drives de velocidade variável geram várias interferências em uma ampla gama de freqüência, a qual
pode ser reduzida, mas não eliminada, por um filtro. A interferência irradiada exige medidas adicionais.
Sem Filtro Com Filtro
Interferência Eletromagnética em DrivesInterferência Eletromagnética em Drives

Página 31
s
EMC: as Regras de InstalaçãoEMC: as Regras de Instalação
1. Aterre todas as partes metálicas com cordoalhas planas.
2. Separe os cabos de sinal dos de potência.
3. Suprima todas as bobinas,contactores, relés, solenóides,etc.; usando
supressores RC.
4. Utilize cabos blindados ou pares torcidos onde for possível,
especialmente nos circuitos de comando.
5. Evite execuções ou loops com cabos extensos. Mantenha os cabos
próximos a partes metálicas aterradas.
6. Aterre ambas as extremidades dos cabos não utilizados.
7. Utilize, se possível freqüências de chaveamento mais baixas.
8. Instale filtros RFI em ambientes sensíveis a interferências
eletromagnéticas.

Página 32
s
M
3 ~
Retificador Link DC Inversor
I.
S
Z
N
cabo do motor shieldado.
ZE
EMC: Bom AterramentoEMC: Bom Aterramento
Esta impedância deve ser baixa, do
contrário será gerada uma tensão de
interferência.

Página 33
s
M
3~U
Z E
I
S
C
P
C
PZ N
t
t
Is
U
A corrente parasita Is e a queda de
tensão nas impedâncias Zn e Zs podem
perturbar outros equipamentos
M
3 ~
Z
N
Z
E
I S
F r e q u e n c y c o n v e r t e rL in e f ilt e r S h ie ld e d m o t o r c a b le
A colocação de um filtro supressor de
RFI, aliado à ligação do motor ao
inversor por cabos blindados cria uma
rota definida para a rádio-interferência,
controlando sua influência em
equipamentos externos
O inversor de freqüência como fonte de RFI:
Emissão de rádio-interferênciaEmissão de rádio-interferência

Página 34
s
Recepção de rádio-interferênciaRecepção de rádio-interferência
Z i
Is
N o is e
s o u r c e
U n it
B o a r d
S ig n a l
c a b le
C
k
Z iIs
N o is e
s o u r c e
U n it
B o a r d
S h ie ld e d
s ig n a l
c a b le
C
k
F ilt e r
Se o ruído flui por um módulo que contém
componentes eletrônicos sensíveis ( p. ex.
microprocessadores) estes poderão ter seu
funcionamento afetado.
Utilizando cabos blindados aterrados
em ambas as extremidades cria-se
uma rota para a terra, por onde o
ruído irá fluir
O inversor de freqüência como receptor de RFI:

Página 35
s
EMC: Bom Aterramento na PráticaEMC: Bom Aterramento na Prática
Barra condutora para
conexão principal à terra.
Cordoalha chata e curta
onde for possível.
Fio terra espesso
encordoado.

Página 36
s
Bom Aterramento dos Cabos de ControleBom Aterramento dos Cabos de Controle
Malha de blindagem
solidamente aterrada no
chassis
* Aterramento dos
cabos de sinais
digital e analógico,
em ambas
extremidades.

Página 37
s
Separação e ZoneamentoSeparação e Zoneamento
Painel
Motor e
Máquina
Partições metálicas
recomendadas
Alimentação
Filtro
Inversor e
módulo de
frenagem
Sistema de
Controle e
Sensoreamento

Página 38
s
Separação e ZoneamentoSeparação e Zoneamento
• Separe a potência, o controle, a
entrada de potência, etc., em
diferentes zonas.
• Certifique-se de que cabos de
diferentes zonas estão roteados em
dutos separados.
• Utilize blindagem entre as diferentes
Zonas.
• Certifique-se de que os cabos se
cruzam em ângulos retos a fim de
minimizar acoplamentos.
Instalação Pobre em
EMC: toda a fiação
misturada.

Página 39
s
Supressão de BobinasSupressão de Bobinas
Use Supressores em todos
os contatores/relés, etc.,
usando Varistores, Diodos,
ou (melhor) circuitos RC.

Página 40
s
L1 L2 L3 PE
L1L2L3PE
cabo
do
motor*
cabo
de
comando
Inversor
cabo de rede
terminais de
aterramento
100mm
à
300mm
filtro
checar a isolação do cabo
e conectar a blindagem às
partes metálicas
cabo
blindado
* indicações: a blindagem deve ser conectada ao motor
Emprego de filtro contra rádio-interferência para reduzirEmprego de filtro contra rádio-interferência para reduzir
perturbações de alta freqüência nos Micro/Midi Masterperturbações de alta freqüência nos Micro/Midi Master

Página 41
s
EMC: O que não fazer para evitá-laEMC: O que não fazer para evitá-la
O filtro apresenta baixo desempenho
devido ao aterramento pobre e
porque os cabos estão passados,
permitindo acoplamento, ao seu
redor.
Não existe Zoneamento.
Os fios estão cruzados, livres do
compartimento metálico e amarrados
uns aos outros, reforçando a
possibilidade de irradiação de EMI.

Página 42
s
EMC: ResumindoEMC: Resumindo
• Planeje a instalação tendo em mente a EMC.
• Separe a blindagem dos diferentes componentes em compartimentos
diferentes.
Considere a utilização de gabinetes, etc, com grade de proteção embutida.
• Separe os cabos do Motor dos cabos de sinal.
Aterre ambas as terminações dos cabos analógicos e digitais blindados.
Separe-os se necessário.
• Conexão equipotencial para correntes de alta freqüência.
Cabos de conexão chatos, espessos e encordoados (cordoalhas).
Lembre-se: Prevenir é melhor - e mais barato - que remediar.

Página 43
s
Solução de Problemas em CampoSolução de Problemas em Campo
Diagnóstico de Problemas com EMC:
A EMC é o principal motivo de problemas em instalações. Procure:
• Problemas causados por outros equipamentos tais como Equipamentos de Correção de
Fator de Potência, Grandes Drives ou Máquinas de Solda, Contatores sem Supressor,
Freios Eletromagnéticos, Relés, etc.
• Cabos de Alimentação e do Motor não Shieldados.
• Aterramento ineficaz do próprio inversor, motor e equipamentos associados (PLCs).
• Ruído nos sinais de controle devido a aterramento ineficaz ou caminhamento dos cabos.
• Existe um padrão para ocorrer a falha; outra máquina sendo ligada, em fins de semana, ou
logo pela manhã?
A utilização de osciloscópio lhe ajudará a constatar que possui um
problema de instalação, de fato.

Página 59
s
Dados Típicos sobre Redução (de-rating) daDados Típicos sobre Redução (de-rating) da
Capacidade Nominal do Motor - 50 Hz.Capacidade Nominal do Motor - 50 Hz.
10 20 30 40 50 60 70 80
100
%
M /M
Zona de enfraquecimento de campoi iFluxo constante
Utilized temperature rise class F
Utilized to temperature rise class B
Com ventilação forçada
f [Hz]
n
90
80
70
60
to

Página 62
s
Instalação do MICROMASTERInstalação do MICROMASTER
Alguns Pontos Óbvios.Alguns Pontos Óbvios.
• Não ligue ou desligue a saída enquanto o inversor estiver em funcionamento.
• Não controle o motor interrompendo a alimentação; utilize uma entrada digital para
Partir, Parar, Alterar Velocidade, etc.
• Desconecte qualquer controle estrêla/triângulo, etc.
• O inversor não apresenta a mesma capacidade de sobrecarga que um motor direto
na rede; sobredimensione se necessário.
• As exigências de proteção e fiação são diferentes das exigências de uma partida
direta na rede;verifique o manual.
• Leia e siga as instruções sobre EMC.
• Não acione um motor acima de sua velocidade nominal sem antes certificar-se de
que é possível.
• Se o motor deve funcionar em baixa velocidade com carga elevada, certifique-se de
que esteja corretamente dimensionado, ou se possui ventilação forçada, uma vez
que o ventilador embutido não fornecerá refrigeração apropriada.

Página 63
s

Erros de instalação mais comuns, ouErros de instalação mais comuns, ou
como NÃO instalar um conversor decomo NÃO instalar um conversor de
freqüênciafreqüência
Montar aparelho em painel sem ventilação suficiente
Não observar a temperatura do ambiente para dimensionar a ventilação
Instalar o inversor em rede de alimentação que possui correção de fator de
potência, sem isolá-lo do circuito
Não aterrar corretamente o inversor
Comandar o liga/desliga do inversor pela alimentação
Conectar / desconectar o motor do inversor enquanto em funcionamento
Inverter a alimentação com a saída de potência do inversor
Ligar um inversor de 220 V em rede elétrica 380 V ou maior
Inverter a ligação do potenciômetro, curto-circuitando a fonte de 10 Vcc
Utilizar potenciômetro de resistência menor que 4 k 7 Ohms
Utilizar as fontes de 10 Vcc ou 15 Vcc para alimentar algum componente
externo

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