EPO - Parametriza§£o e Inversores de Frequncia

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INTRODUÇÃO:Vamos aqui abordar sobre o inversor de freqüência, que é um dispositivo capaz de gerar uma tensão de baixo custo, que obtêm a finalidade de controlar a velocidade de um motor de indução trifásico, o que acaba gerando uma grande economia de energias.O seguinte trabalho apresenta desde como se desenvolve o inversor, começando pela primeira etapa de um circuito trifásico, explicando também sobre o circuito monofásico, como é sua instalação, seu funcionamento, quais cuidados obter, o dimensionamento, quais inversores existem, como ele é por dentro e até mesmo sobre sua parametrização (que é o qual informa ao inversor a condição de trabalho que irá operar).A pesquisa para esse trabalho foi realizada através de livros e pesquisas na Internet, para saber mais informações sobre esse tema, basta ler o seguinte.

Text of EPO - Parametriza§£o e Inversores de Frequncia

CAPA DO TRABALHO:

INTRODUO:

Vamos aqui abordar sobre o inversor de freqncia, que um dispositivo capaz de gerar uma tenso de baixo custo, que obtm a finalidade de controlar a velocidade de um motor de induo trifsico, o que acaba gerando uma grande economia de energias.

O seguinte trabalho apresenta desde como se desenvolve o inversor, comeando pela primeira etapa de um circuito trifsico, explicando tambm sobre o circuito monofsico, como sua instalao, seu funcionamento, quais cuidados obter, o dimensionamento, quais inversores existem, como ele por dentro e at mesmo sobre sua parametrizao (que o qual informa ao inversor a condio de trabalho que ir operar).

A pesquisa para esse trabalho foi realizada atravs de livros e pesquisas na Internet, para saber mais informaes sobre esse tema, basta ler o seguinte.INVERSORES DE FREQUNCIA

A funo do inversor de freqncia a mesma do conversor CC, isto , regular a velocidade de um motor eltrico mantendo seu torque (conjugado).

A diferena agora o tipo de motor utilizado. Os inversores de freqncia foram desenvolvidos para trabalhar com motores AC.

O motor AC tem uma srie de vantagens sobre o DC:

- Baixa manuteno;

- Ausncia de escovas comutadoras;

- Ausncia de faiscamento;

- Baixo rudo eltrico;

- Custo inferior;

- Velocidade de rotao superior.

Essas vantagens levaram a indstria a desenvolver um sistema capaz de controlar a potncia (velocidade + torque) de um motor AC.

Conforme vemos na frmula: N = 120.f / P

Onde:

N = rotao em rpm.

f = freqncia da rede, em Hz.

P = nmero de plos.

Podemos entender, que a velocidade de rotao de um motor AC depende da freqncia da rede de alimentao. Quanto maior for a freqncia, maior a rotao e vice-versa.

Assumindo que o nmero de plos de um motor AC seja fixo (determinado na sua construo), ao variarmos a freqncia de alimentao, variamos na mesma proporo sua velocidade de rotao.

O inversor de freqncia, portanto, pode ser considerado como uma fonte de tenso alternada de freqncia varivel.

Claro que isso uma aproximao grosseira, porm d uma idia pela qual chamamos de acionamento CA, de inversor de freqncia.

Os circuitos internos de um inversor so bem diferentes de um acionamento CC (conversor CC).

A figura 3. Ilustra um diagrama simplificado dos principais blocos.

A primeira etapa do circuito formada por uma ponte retificadora (onda completa) trifsica, e dois capacitores de filtro.

Esse circuito forma uma fonte DC simtrica, pois h um ponto de terra de referncia. Temos ento uma tenso contnua + V/2 (positiva) e uma V/2 (negativa) em relao terra, formando o que chamamos de barramento DC.

O barramento DC alimenta a segunda etapa, constituda de seis transistores IBGTs e que, atravs de uma lgica de controle (terceira etapa), liga e desliga os transistores de modo alternarem o sentido de corrente que circula pelo motor.

Antes de estudarmos como possvel transformar uma tenso DC em AC, atravs do chaveamento de transistores em um circuito trifsico, vamos fazer uma prvia em um circuito monofsico.

Observem a Figura 4, e notem que a estrutura de um inversor trifsico praticamente igual ao nosso modelo monofsico. A primeira etapa o mdulo de retificao e filtragem, que gera uma tenso DC fixa (barramento DC) e que alimenta 4 transistores IGBTs. Imaginem agora que o circuito da lgica de controle ligue os transistores 2 a 2 na seguinte ordem: primeiro tempo transistores T1 e T4 ligados, e T3 e T2 desligados.

Nesse caso, a corrente circula no sentido de A para B (fig.5); segundo tempo- transistores T1 e T4 desligados, e T3 e T2 ligados. Nesse caso, a corrente circula no sentido de B para A (fig.6).

Ao inverter-se o sentido de corrente, a tenso na carga (motor) passa a ser alternada, mesmo estando conectada a uma fonte DC. Caso aumentemos a freqncia de chaveamento desses transistores, tambm aumentaremos a velocidade de rotao do motor, e vice-versa.

Como os transistores operam como chaves (corte e saturao), a forma de onda da tenso de sada do inversor de freqncia sempre quadrada.

Raramente encontramos aplicaes monofsicas nas indstrias.

As maiorias dos inversores so trifsicos, portanto, faamos outra analogia de funcionamento tomando como base ainda o inversor trifsico da figura 3.

A lgica de controle agora precisa distribuir os pulsos de disparos pelos 6 IGBTs, de modo a formar uma tenso de sada (embora quadrada), alternada e defasada de 120 uma da outra.

Como temos 6 transistores, e devemos lig-los 3 a 3, temos 8 combinaes possveis, porm apenas 6 sero vlidas, conforme veremos a seguir.

Na figura 7 representamos os IBGTs como chaves, pois em um inversor assim que eles funcionam.

A lgica de controle prorpocionar as seguintes combinaes de pulsos para ativar (ligar) os IBGTs:

1 tempo T1, T2, T3

2 tempo T2, T3, T4

3 tempo T3, T4, T5

4 tempo T4, T5, T6

5 tempo T5, T6, T1

6 tempo T6, T1, T2

As possibilidades T1, T3, T5, e T4, T6, T2 no so vlidas, pois ligam todas as fases do motor no mesmo potencial. No havendo diferena de potencial, no h energia para movimentar o motor, portanto essa uma condio proibida para o inversor. Vamos analisar uma das condies, e as restantes sero anlogas. No 1 tempo temos T1, T2 , T3 ligados e os restantes desligados. O barramento DC possui uma referncia central (terra), portanto temos +V/2 e V/2 como esto DC. Para que o motor AC possa funcionar bem, as tenses de linha Vrs, Vst e Vtr devem estar defasadas de 120.

O fato da forma-de-onda ser quadrada e no senoidal (como a rede) no compromete o bom funcionamento do motor. Para esse primeiro tempo de chaveamento, teremos:Vrs = +V/2 V/2 = 0

Vst = +V/2 (-V/2) = + V

Vtr = -V/2 V/2 = - V

Notem que, quando falamos em Vrs, por exemplo, significa a diferena de potencial entre R (no caso como T1 est ligado igual a +V/2) e S (+ V/2 tambm). Analogamente: Vst = + V/2 (-V/2) = + V, e por a vai!

Caso faamos as seis condies (tempos) que a lgica de controle estabelece aos IBGTs, teremos a seguinte distribuio de tenses nas 3 fases do motor. Traduzindo essa tabela em um diagrama de tempos, teremos a trs formas-de-onda de tenso, conforme mostra a figura 8. Notem que as trs fases esto defasadas de 120 eltricos, exatamente como a rede eltrica trifsica.Como vimos anteriormente, se variarmos a freqncia da tenso de sada no inversor, alteramos na mesma proporo a velocidade de rotao do motor.

Normalmente, a faixa de variao de freqncia dos inversores fica entre 5 e 300 Hz (aproximadamente).

A funo do inversor de freqncia, entretanto, no apenas controlar a velocidade de um motor AC. Ele precisa manter o torque (conjugado) constante para no provocar alteraes na rotao, quando o motor estiver com carga.

Um exemplo clssico desse problema a mquina operatriz. Imaginem um inverso controlando a velocidade de rotao de uma placa (parte da mquina onde a pea a ser usinada fixada) de um torno. Quando introduzimos a ferramenta de corte, uma carga mecnica imposta ao motor, que deve manter a rotao constante. Caso a rotao se altere, a pea pode apresentar um mau acabamento de usinagem.

Para que esse torque realmente fique constante, por sua vez, o inversor deve manter a razo V/F constante. Isto , caso haja mudana de freqncia, ele deve mudar (na mesma proporo) a tenso, para que a razo se mantenha, por exemplo:

f = 50 Hz V = 300 VV/F = 6

Situao 1: o inversor foi programado para enviar 50 Hz ao motor, e sua curva V/f est parametrizada em 6. Automaticamente, ele alimenta o motor com 300 V.

f = 60 Hz V = 360 V

V/f = 6

Situao 2: o inversor recebeu uma nova instruo para mudar de 50 Hz para 60 Hz. Agora a tenso passa a ser 360 V, e a razo V/f mantm-se em 6. Acompanhe a curva mostrada na figura 9.

O valor de V/f pode ser programado (parametrizado) em um inversor, e depender da aplicao.

Quando o inversor necessita de um grande torque, porm no atinge velocidade muito alta, atribumos a ele o maior V/f que o equipamento puder fornecer, e desse modo ele ter um melhor rendimento em baixas velocidades, e alto torque.

J no caso em que o inversor deva operar com altas rotaes e com torques no to altos, parametrizados um V/f menor e encontramos o melhor rendimento para essa outra situao.

Mas, como o inversor poder mudar a tenso V, se ela fixada no barramento DC atravs da retificao e filtragem da prpria rede?

O inversor altera a tenso V, oriunda do barramento DC, atravs da modulao por largura de pulso (PWM).

A unidade lgica, alm de distribuir os pulsos aos IGBTs do modo j estudado, tambm controla o tempo em que cada IGBT permanece ligado (ciclo do trabalho).

Quando V tem que aumentar, os pulsos so alargados (maior tempo em ON) e quando V tem que diminuir, os pulsos so estreitados.

Dessa forma, a tenso eficaz entregue ao motor poder ser controlada.

A freqncia de PWM tambm pode ser parametrizada e geralmente encontra-se entre 2,5 kHz e 16 kHz. Na medida do possvel, devemos deix-la prxima do limite inferior, pois assim diminumos as interferncias eletromagnticas geradas pelo sistema (EMI).

Observe na figura 10 um conjunto de cinco inversores de freqncia para centro de usinagem.

O INVERSOR POR DENTRO

A figura 11 exibe um diagrama de blocos de um inversor de freqncia tpico.

Cabe lembrar que cada fabricante utiliza sua prpria tecnologia, mas esse modelo abrange uma grande parte dos inversores encontrados no mercado atual.

Podemos, portanto, dividi-lo em 4 blocos principais:

1 bloco CPU

A CPU (Unidade Central de Processamento) de um inversor de freqncia p