Guia de Aplicação de Inversores de Frequência WEG - 3ª Ediçã

GUIA DEAPLICAÇÃO DE

INVERSORES DEFREQÜÊNCIA

GUIA DEAPLICAÇÃO DE

INVERSORES DEFREQÜÊNCIA

WEG AUTOMAÇÃOWEG AUTOMAÇÃOWEG AUTOMAÇÃOWEG AUTOMAÇÃOWEG AUTOMAÇÃOwww.weg.com.br

3ª EDIÇÃO

AUTORIAAUTORIAAUTORIAAUTORIAAUTORIA

AUTORIA:

“Este ‘Guia de Inversores deFreqüência’ foi escrito pelos M. Engo.José M. Mascheroni (coordenação dotrabalho e criação dos capítulos 2, 4, 6 e8), M. Engo. Marcos Lichtblau e Enga.Denise Gerardi (capítulo 7 e o Anexo 1),todos integrantes da ISA EngenhariaLtda. – Florianópolis / SC.

Os capítulos 1, 3 e 5 foramescritos utilizando-se materiaisfornecidos pela Weg e revisados pelocoordenador.

Coube à Weg a criação do capítulo9, Anexos 2 e 3, como também a revisãotécnica do mesmo.”

1.1 Sistemas de velocidade variável _______________ 131.2 Sistemas de variação de velocidade

tradicionais ________________________________ 161.2.1 Variadores mecânicos __________________ 17

· Variador com polias cônicas e correia ___ 17· Variador com polias cônicas e corrente __ 18· Variador com discos de fricção _________ 18

1.2.2 Variadores hidráulicos _________________ 18· Motor hidráulico _____________________ 18· Variador hidrocinético ________________ 19

1.2.3 Variadores eletromagnéticos - Embreagenseletromagnéticas ______________________ 19

2.1 Princípios básicos de funcionamento ___________ 232.2 Análise de funcionamento ____________________ 272.3 Curvas características do motor de indução _____ 29

2.3.1 Torque x Velocidade____________________ 292.3.2 Corrente x Velocidade __________________ 30

2.4 Potência e perdas ___________________________ 302.5 Características de temperatura – classes de

isolamento térmico__________________________ 312.6 Tempo de rotor bloqueado ____________________ 32

3.1 Categorias de partida ________________________ 373.2 Formas de partida __________________________ 38

· Partida direta _____________________________ 38· Partida estrela-triângulo ____________________ 39· Partida eletrônica (soft-starter) ______________ 40

3.3 Frenagem __________________________________ 423.3.1 Frenagem por contra-corrente ___________ 423.3.2 Frenagem por injeção de CC ____________ 44

3.4 Vantagens e desvantagens dos métodos departida ____________________________________ 45· Partida direta _____________________________ 45· Partida estrela-triângulo ____________________ 46· Partida eletrônica (soft-starter) ______________ 46

4.1 Métodos de controle dos inversores defreqüência _________________________________ 54· Controle escalar ___________________________ 54· Controle vetorial ___________________________ 58

4.2 Características dos motores de induçãoacionados com inversores de freqüência ________ 61

ÍNDICEÍNDICE1

INTRODUÇÃO

2

COMO FUNCIONA UMMOTOR DE INDUÇÃO?

3

MÉTODOS DE COMANDODE UM MOTOR DEINDUÇÃO

4

O INVERSOR DEFREQÜÊNCIA WEG

3ª EDIÇÃO

5.1 Parâmetros de leitura ________________________ 665.2 Parâmetros de regulação _____________________ 67

· Rampas de aceleração / desaceleração ________ 67· Curva U/F ajustável ________________________ 69

5.3 Parâmetros de configuração __________________ 70· Frenagem _________________________________ 70· Injeção de corrente contínua ________________ 72· Rampa de desaceleração e frenagem reostática 72· Rejeição de freqüências críticas ______________ 73· Partida com motor girando (flying start) ______ 74· Compensação do escorregamento ____________ 75

5.4 Parâmetros do motor ________________________ 765.5 Parâmetros das funções especiais______________ 76

· Ciclo automático __________________________ 76· Controle de processos com inversores defreqüência _________________________________ 77

6.1 Sensores de posição e velocidade______________ 826.2 Medição de velocidade ______________________ 84

6.2.1 Algoritmo de estimação de freqüência ____ 856.2.2 Algoritmo de estimação do período ______ 856.2.3 Algoritmo de estimação simultânea de

período e freqüência ___________________ 866.3 Ruídos ____________________________________ 866.4 Sincronização de velocidade _________________ 87

7.1 Introdução, definições, fundamentos eprincípios __________________________________ 917.1.1 Definições ____________________________ 917.1.2 Relações básicas ______________________ 92

7.2 O que a carga requer? _______________________ 967.2.1 Tipos de cargas _______________________ 967.2.2 O pico de carga _______________________ 987.2.3 Estimando cargas _____________________ 99

7.3 Seleção de acionamentos (motor/inversor) _____1007.3.1 Operação abaixo da rotação nominal ___100

· Motor autoventilado _________________100· Motor com ventilação independente ___102

7.3.2 Operação acima da rotação nominal ____1037.3.3 Casos especiais ______________________104

· Efeito da temperatura ambiente _______104· Efeito da altitude____________________105

7.4 Aplicações Típicas dos Inversores de Freqüência 1067.4.1 Sistemas de bombeamento de fluidos ____106. Definições _______________________________106. Classificação _____________________________106. Bombas volumétricas ou de deslocamento positivo _________________________________106. Classificação das bombas volumétricas ou

de deslocamento positivo __________________107

5

PARÂMETROS DOINVERSOR DEFREQÜÊNCIA

6

COMANDO E CONTROLEDE VELOCIDADE EMMOTORES DE INDUÇÃOACIONADOS PORINVERSORES DEFREQÜÊNCIA

7

APLICAÇÃO DEACIONAMENTOS COMMOTORES DE INDUÇÃOE INVERSORES DEFREQÜÊNCIA

. Turbo-Bombas ____________________________109

. Classificação das turbo-bombas_____________109

. Curva típica das turbo-bombas _____________110

. Exemplo típico de aplicação ________________111

. Sistema com controle de pressão e vazão ____112

. Ajustes convencionais _____________________117

. Função curva U/F quadrática ______________117

. Função (P.I.D.) proporcional integral e derivativo___ 1197.4.2 Sistemas de ventilação ________________124. Definições _______________________________124. Classificação _____________________________124. Caracaterísticas dos ventiladores ____________127. Rotação específica dos ventiladores _________127. Curva características dos ventiladores _______129. Curva características da instalação __________130. Sistema de ventilação com controle de

pressão e vazão ___________________________1337.4.3 Ar-Condicionado (sistemas de chiller à água) 143. Definições _______________________________143. Ciclo de chiller tipo compressão de vapor _____144. Tipos de compressores _____________________145. Capacidade de compressores _______________145. Compressores tipo alternativo ______________146. Compressores tipo rotativo _________________147. Variação de velocidade ____________________148. Aplicações de AVAC com inversor de freqüência150. Tipos de condensador _____________________151. Chiller resfriado à ar _______________________152. Chiller resfriado à água ____________________152. Chillers de absorção à água ________________1537.4.4 Papel e celulose _______________________154. Introdução_______________________________154. Definições _______________________________154. Aplicação de inversor de freqüência _________157. Parametrização___________________________1487.4.5 Movimentação de cargas_______________159. Pontes rolantes ___________________________159. Multispeed _______________________________166. Rampa S ________________________________166. Rede Fieldbus ____________________________167

8.1 Rede de alimentação elétrica ________________1728.2 Fusíveis __________________________________1728.3 Condicionamento da rede de alimentação _____1728.4 Interferência eletromagnética (EMI) __________1738.5 Cabos ___________________________________1768.6 Aterramento ______________________________1788.7 Dispositivos de saída _______________________1798.8 Instalação em painéis – princípios básicos _____180

8

INSTALAÇÃO DEINVERSORES DEFREQÜÊNCIA

9.1 Introdução ________________________________1859.2 Inversor de freqüência CFWCFWCFWCFWCFW-10-10-10-10-10 ______________187

. Principais aplicações / Benefícios____________187

. Blocodiagrama ___________________________188· Tabela de especificações ___________________188· Codificação ______________________________189· Características técnicas ____________________190

9.3 Inversor de freqüência CFWCFWCFWCFWCFW-08-08-08-08-08 ______________191· Principais aplicações / Benefícios____________191. Blocodiagrama ___________________________192· Tabela de especificações ___________________193· Modelos e acessórios opcionais _____________194· Interface homem-máquina remota __________195· Superdrive _______________________________195· Codificação ______________________________196· Características técnicas ____________________197· Recursos / Funções especiais________________198

9.4 Inversor de freqüência CFWCFWCFWCFWCFW-09-09-09-09-09 ______________________________________________________________________ 199· Vectrue Technology ® _____________________199· Optimal Braking ® ________________________200· Vantagens adicionais ______________________201· Aplicações _______________________________202. Um produto completo, flexível e compacto ___203. Tipos de montagem _______________________204. Blocodiagrama ___________________________205· Interface homem-máquina _________________206· Funções do teclado _______________________207· Superdrive _______________________________207· Redes de comunicação “FieldBus” __________208· Configurações com barramentos CC (link DC) _209· Acessórios e periféricos ____________________211· Características técnicas ____________________214· Tabela de especificações ___________________217. Mecânicas do CFW-09 _____________________219· Codificação ______________________________220· Dimensões e peso _________________________221. Inversor de freqüência CFW09 Shark _________221. Funções Especiais _________________________222

9.5 Inversor de freqüência MVWMVWMVWMVWMVW-01-01-01-01-01 _________________________________________________________________ 224. Modelos _________________________________225. Características Principais __________________226. Blocodiagrama ___________________________227

1 Momento de inércia de formas simples ________2312 Teorema dos eixos paralelos _________________2333 Momento de inércia de formas compostas _____2344 Momento de inércia de corpos que se movem

linearmente _______________________________2355 Transmissão mecânica ______________________2356 Exemplos de cálculos de momento de inércia

de massa _________________________________236· Cálculo do momento de inércia de massa _____236· Cálculo do momento de inércia total_________237

ANEXO 1

CÁLCULO DO MOMENTODE INÉRCIA DE MASSA

9

LINHA DE INVERSORESDE FREQÜÊNCIA WEG

ANEXO 3

CHECK-LIST PARADETALHAMENTO DAAPLICAÇÃO

1 Introdução ________________________________2412 Distorção harmônica _______________________242

2.1 Origens ______________________________2422.2 Definições ____________________________2432.3 Obtenção das harmônicas de corrente ____245

3 Normas relacionadas _______________________2464 Alternativas para correção do fator de

potência e redução de correntes harmônicas ___2484.1 Capacitores ___________________________2484.2 Reatância de rede e bobina CC ___________2484.3 Filtros sintonizados ____________________2504.4 Filtros “broad-band” ___________________2514.5 Filtros ativos __________________________2524.6 Retificadores de 12 e 18 pulsos __________2544.7 Retificadores com IGBTs ________________255

4.7.1 Inversores de freqüência comentrada monofásica ______________255

4.7.2 Inversores de freqüência comentrada trifásica _________________255

4.8 Filtros de corrente do neutro ____________2564.9 Transformadores defasadores ____________257

5 Conclusão _______________________________258

Inversores de freqüênciaFolha de dados para dimensionamento ____________261

Referências Bibliográficas _______________________263

ANEXO 2

CORREÇÃO DE FATORDE POTÊNCIA EREDUÇÃO DADISTORÇÃOHARMÔNICA

1INTRODUÇÃOINTRODUÇÃOINTRODUÇÃOINTRODUÇÃOINTRODUÇÃO

1.11.11.11.11.1 Sistemas de velocidade variávelSistemas de velocidade variávelSistemas de velocidade variávelSistemas de velocidade variávelSistemas de velocidade variável

1.21.21.21.21.2 Sistemas de variação de velocidadeSistemas de variação de velocidadeSistemas de variação de velocidadeSistemas de variação de velocidadeSistemas de variação de velocidadetradicionaistradicionaistradicionaistradicionaistradicionais1.2.1 Variadores mecânicos

Variador de polias cônicas e correia

Variador com polias e corrente

Variador com discos de fricção

1.2.2 Variadores hidráulicos

Motor hidráulico

Variador hidrocinético

1.2.3 Variadores eletromagnéticos - Embreagens eletromagnéticas

13

Um acionamento elétrico é um sistema capaz deconverter energia elétrica em energia mecânica(movimento), mantendo sob controle tal processo deconversão. Estes são normalmente utilizados paraacionar máquinas ou equipamentos que requeremalgum tipo de movimento controlado, como porexemplo a velocidade de rotação de uma bomba.

Um acionamento elétrico moderno é formadonormalmente pela combinação dos seguinteselementos:

Motor ............................ converte energia elétricaem energia mecânica

Dispositivo eletrônico .... comanda e/ou controla apotência elétricaentregue ao motor

Transmissão mecânica ... adapta a velocidade einércia entre motor emáquina (carga)

Os motores mais amplamente utilizados nosacionamentos elétricos são os motores de induçãomonofásicos e trifásicos.

Estes motores, quando alimentados com tensão efreqüência constantes, sempre que não estejamoperando a plena carga (potência da carga igual apotência nominal do motor) estarão desperdiçandoenergia.

É importante ressaltar também o fato de que ummotor de indução transforma em energia mecânicaaproximadamente 85% de toda a energia elétrica querecebe e que os 15% restantes são desperdiçados,sendo assim o acionamento elétrico de máquinas umassunto de extraordinária importância no que serefere a economia de energia.

Durante muitos anos, as aplicações industriais develocidade variável foram ditadas pelos requisitos dosprocessos e limitadas pela tecnologia, pelo custo, pelaeficiência e pelos requisitos de manutenção doscomponentes empregados.

Os sistemas mais utilizados para variação develocidade foram por muito tempo implementadoscom motores de indução de velocidade fixa, como

INTRODUÇÃO

1.1 SISTEMAS DEVELOCIDADEVARIÁVEL

1

14

primeiro dispositivo de conversão de energia elétricapara energia mecânica. Para a obtenção de velocidadevariável o sistema necessitava de um segundodispositivo de conversão de energia que utilizavacomponentes mecânicos, hidráulicos ou elétricos.

Com a disponibilidade no mercado dos semicondutoresa partir dos anos 60 este quadro mudoucompletamente. Mas foi mesmo na década do 80 que,com o desenvolvimento de semicondutores de potênciacom excelentes características de desempenho econfiabilidade, foi possível a implementação desistemas de variação de velocidade eletrônicos. Odispositivo de conversão de energia elétrica paramecânica continuou sendo o motor de indução masagora sem a utilização de dispositivos secundáriosmecânicos, hidráulicos ou elétricos. Em muitos casos aeficiência das instalações equipadas com estes novosdispositivos chegou a ser duplicada quando comparadacom os sistemas antigos.

Estes sistemas de variação continua de velocidadeeletrônicos proporcionam, entre outras, as seguintesvantagens:

Economia de energiaMelhoramento do desempenho de máquinas eequipamentos, devido a adaptação da velocidade aos requisitos do processoElimina o pico de corrente na partida do motorReduz a freqüência de manutenção dosequipamentosEtc.

Estes novos dispositivos eletrônicos para variação develocidade de motores de indução são conhecidoscomo InversorInversorInversorInversorInversores de Fes de Fes de Fes de Fes de Frrrrreqüênciaeqüênciaeqüênciaeqüênciaeqüência. Trataremos nesteguia de descrever o funcionamento e aplicações dosinversores de freqüência. Com este Guia, a WEG nãotem a pretensão de esgotar o assunto, pois ele serenova a cada dia que passa. Temos como objetivomaior fornecermos maiores conhecimentos emcomando e proteção de motores elétricos de induçãoutilizando-se inversores de freqüência.

A aplicação de motores de indução tem se regidohistoricamente pelas características descritas na placade identificação do motor.

INTRODUÇÃO1

15

Pla

ca d

e Id

entif

icaç

ão

(mer

cado

bra

sile

iro)

Pla

ca d

e Id

entif

icaç

ão

(mer

cado

am

eric

ano)

Pla

ca d

e Id

entif

icaç

ão

(mer

cado

latin

o)

Exemplo:

Figura 1.1

INTRODUÇÃO1

16

Na aplicação dos inversores de freqüência o motor deindução, ao contrário do que acontece quando ligadodiretamente à rede de distribuição de energia elétrica,é alimentado com freqüência e tensão variável. Istopossibilita, como veremos neste guia, obter velocidadevariável no eixo do próprio motor.

É muito importante,muito importante,muito importante,muito importante,muito importante, assim, conhecer e entender ofuncionamento destes sistemas (motor + inversor) paraprevenir erros de aplicação que poderiam acabar comos benefícios que estes dispositivos proporcionam.

Os técnicos ou engenheiros envolvidos com aplicaçõesde velocidade variável não precisam de conhecimentossobre o projeto de motores e projeto de sistemaseletrônicos de comando/controle, mas sim sobre ofuncionamento e utilização dos mesmos. As dúvidasmais freqüentes podem resumir-se nas seguintesperguntas:

• Como funciona meu motor?• Como o motor se comporta ante uma determinada

carga?• Como eu posso melhorar/otimizar o funcionamento

do meu motor e carga?• Como eu posso identificar problemas no meu

sistema?

Este guia tem por intenção, fornecer, mesmo parapessoas sem experiência no assunto, informações sobreo funcionamento dos modernos sistemas de velocidadevariável disponíveis e como eles se comportam antediferentes cargas, tentando assim responder asperguntas formuladas anteriormente.

Muitos processos industriais requerem dispositivos deacionamento de cargas com velocidade variável.

Exemplos:

· BombasBombasBombasBombasBombas variação de vazão de líquidos· VentiladoresVentiladoresVentiladoresVentiladoresVentiladores variação de vazão de ar· Sistemas de transporteSistemas de transporteSistemas de transporteSistemas de transporteSistemas de transporte variação da velocidade

de transporte• Sistemas de dosagemSistemas de dosagemSistemas de dosagemSistemas de dosagemSistemas de dosagem variação da velocidade

de alimentação• TTTTTornosornosornosornosornos variação da velocidade de corte

1.2 SISTEMAS DE VARIAÇÃODE VELOCIDADETRADICIONAIS

INTRODUÇÃO1

17

• BobinadeirasBobinadeirasBobinadeirasBobinadeirasBobinadeiras compensação da variação dediâmetro da bobina.

Os sistemas de variação de velocidade tradicionaisempregavam motores de indução como dispositivoprimário de conversão de energia. Como sabemosestes motores quando alimentados diretamente darede de distribuição de energia elétrica possuem umacaracterística de velocidade constante. É assim quepara se obter velocidade variável eram necessáriosadicionalmente outros dispositivos, que podem ser:

• Variadores mecânicos• Variadores hidráulicos• Variadores eletromagnéticos

Os primeiros sistemas utilizados para se obter umavelocidade diferente das velocidades que erampossíveis utilizando motores de indução foram ossistemas mecânicos, pois são os de maior simplicidadede construção e baixo custo.

V V V V Variador com polias cônicas e corrariador com polias cônicas e corrariador com polias cônicas e corrariador com polias cônicas e corrariador com polias cônicas e correiaeiaeiaeiaeiaCada uma das polias cônicas é constituída de doispratos cônicos, montados um de frente para o outro,sobre um eixo ranhurado, que podem se aproximarou se afastar. O prato de uma das polias é acionadopelo dispositivo de variação, e o prato da outra épressionado por uma mola. O fluxo de força étransmitido por fricção entre os discos das polias e acorreia, que tem uma seção transversal trapezoidal. Afaixa de variação de velocidade máxima é de 1:8neste tipo de variador.

Figura 1.2 - Variador com polias cônicas e correia

1.2.1 Variadores Mecânicos

INTRODUÇÃO1

18

VVVVVariador com polias cônicas e corrariador com polias cônicas e corrariador com polias cônicas e corrariador com polias cônicas e corrariador com polias cônicas e correnteenteenteenteenteIdem ao anterior, somente com uma corrente ao invésde correia.

VVVVVariador com discos de fricçãoariador com discos de fricçãoariador com discos de fricçãoariador com discos de fricçãoariador com discos de fricçãoNos variadores com discos de fricção o fluxo de força étransmitido por fricção entre um par de discos,construídos com materiais de grande resistência àpressão superficial e ao desgaste, e de alto coeficientede atrito. A pressão de contato necessária paratransmitir a potência entre o eixo de entrada e o eixode saída se auto-regula em função do torquetransmitido. Um dispositivo de variação desloca um dosdiscos, variando a relação de transmissão. A faixa devariação de velocidade máxima neste tipo de variadoré de 1:5.

Motor HidráulicoMotor HidráulicoMotor HidráulicoMotor HidráulicoMotor HidráulicoEste método permite variação contínua de velocidade.O motor hidráulico de deslocamento positivo éprojetado e desenvolvido para converter a potênciahidráulica de um fluído em potência mecânica. Estaconversão é feita através de um dispositivo deengrenagens planetárias ou através de acionamentode pistões com controle efetuado por válvulas e quepermite se obter as seguintes características:

Baixa rotação (5 a 500 rpm aproximadamente)Elevado torquePermite rotação nos dois sentidosMotores de baixa potênciaBaixo custo

Para o acionamento dos motores hidráulicos énecessário que se tenha um sistema hidráulico a

1.2.2 Variadores Hidráulicos

Figura 1.3 - Variadores com discos de fricção

INTRODUÇÃO1

19

disposição (tubulações, bombas, motores elétricosauxiliares), que faz com que, em uma análise globaldo conjunto, o sistema tenha um rendimento baixo eum nível de manutenção elevado pela existência devárias partes mecânicas. O controle da variação develocidade do motor é feita através da vazão do fluidoinjetado no motor (quanto maior a vazão, maior avelocidade) que é feito através de válvulas deestrangulamento no circuito hidráulico, ocasionandoperdas elevadas.

V V V V Variador Hidrariador Hidrariador Hidrariador Hidrariador HidrocinéticoocinéticoocinéticoocinéticoocinéticoEste método permite variação contínua de velocidade.O sistema consiste basicamente em um variador develocidade de princípio hidrocinético, composto deum eixo de entrada, de rotação fixa, e de um eixo desaída, cuja rotação pode variar linearmente de zeroaté uma rotação muito próxima à do eixo de entrada.O princípio de operação pode ser demonstrado peloseguinte:

Colocando-se dois ventiladores frente a frente efazendo-se a hélice de um deles girar, a hélice dosegundo ventilador irá começar a girar também aoreceber a corrente de ar. Se não houvesse perdas, arotação do segundo ventilador seria praticamente amesma que a do ventilador acionador. Agora secolocarmos entre os dois ventiladores uma folha depapelão, poderemos diminuir ou aumentar a rotaçãodo segundo ventilador conforme o desejado, emfunção do fluxo de ar existente.

No variador hidráulico, no lugar de ar usa-se óleocomo fluido, e em vez das hélices, são usados discosaletados que são alojados em uma caixa fechada,montada sobre dois eixos independentes.

Com os variadores eletromagnéticos mudou-se oconceito de variação exclusivamente mecânica paravariação eletromecânica, através de técnicas baseadasno princípio físico das correntes de Foucault,utilizando um sistema de discos acoplados a bobinasque podem ter o seu campo magnético variável,variando-se assim o torque (e também a velocidade)na saída do variador. Algumas limitações devem serobservadas para a aplicação deste equipamento:

1.2.3 VariadoresEletromagnéticos -EmbreagensEletromagnéticas

INTRODUÇÃO1

20

A rotação máxima de saída é sempre a nominal domotor, nunca além desta;Aqui também o motor sempre estará girando narotação nominal, independente da rotação desejadano eixo de saída. Isto proporciona um consumoinadequado (desperdício de energia), quando seopera em rotações abaixo da rotação nominal;rendimento deste tipo de acionamento é muitobaixo, pois apresenta perdas por aquecimento eruído;As manutenções preventivas e corretivas sãofreqüentes, pois existem muitas partes girantes asquais necessitam de ajustes constantes esubstituições periódicas.

TTTTTabela Comparativa dos Sistemas de Vabela Comparativa dos Sistemas de Vabela Comparativa dos Sistemas de Vabela Comparativa dos Sistemas de Vabela Comparativa dos Sistemas de Variação de Variação de Variação de Variação de Variação de Velocidade Telocidade Telocidade Telocidade Telocidade Tradicionaisradicionaisradicionaisradicionaisradicionais

PPPPPolias Volias Volias Volias Volias Variadorasariadorasariadorasariadorasariadoras HidráulicoHidráulicoHidráulicoHidráulicoHidráulico EletromecânicoEletromecânicoEletromecânicoEletromecânicoEletromecânico

Faixa de variação de velocidade pequena (1 a 4 máx.) grande média

Limite de potência baixo elevado

Eficiência baixa baixa baixa

Custo baixo elevado baixo

Pontos fortes partida suave

Pontos fracos Escorregamento Vazamentos

Manutenção difícil Manutenção difícil

INTRODUÇÃO1

2COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃOCOMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃOCOMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃOCOMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃOCOMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO

2.12.12.12.12.1 Princípios básicos de funcionamentoPrincípios básicos de funcionamentoPrincípios básicos de funcionamentoPrincípios básicos de funcionamentoPrincípios básicos de funcionamento

2.22.22.22.22.2 Análise de funcionamentoAnálise de funcionamentoAnálise de funcionamentoAnálise de funcionamentoAnálise de funcionamento

2.32.32.32.32.3 Curvas características do motor deCurvas características do motor deCurvas características do motor deCurvas características do motor deCurvas características do motor deinduçãoinduçãoinduçãoinduçãoindução2.3.1 Torque x velocidade

2.3.2 Corrente x velocidade

2.42.42.42.42.4 Potência e perdasPotência e perdasPotência e perdasPotência e perdasPotência e perdas

2.52.52.52.52.5 Características de temperatura - classesCaracterísticas de temperatura - classesCaracterísticas de temperatura - classesCaracterísticas de temperatura - classesCaracterísticas de temperatura - classesde isolamento térmicode isolamento térmicode isolamento térmicode isolamento térmicode isolamento térmico

2.62.62.62.62.6 TTTTTempo de rotor bloqueadoempo de rotor bloqueadoempo de rotor bloqueadoempo de rotor bloqueadoempo de rotor bloqueado

23

Para compreender o funcionamento de um Inversorde Freqüência é de fundamental importânciaentender primeiro como funciona um motor deindução. Para começar enunciaremos os princípiosfísicos básicos da conversão de energia elétrica emenergia mecânica.

1. Uma corrente circulando por um condutor produzum campo magnético, representado na figura 2.1pelas linhas circulares chamadas de linhas deindução magnética. No centro da figura seencontra o condutor e as linhas circulares em voltasão uma representação gráfica do campomagnético gerado pela corrente.

Figura 2.1

2. Se um condutor é movimentado dentro de umcampo magnético, aparecerá uma tensão induzidaentre os terminais do condutor, proporcional aonúmero de linhas de indução cortadas por segundo(figura 2.2). Se o dito condutor forma um circuitofechado, circulará por ele uma corrente elétrica.

Figura 2.2

COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO?2

2.1 PRINCÍPIOSBÁSICOS DEFUNCIONAMENTO

24

Figura 2.4

3. Dois condutores adjacentes (a e b) pelos quais estácirculando uma corrente elétrica (ia e ib) produzemcada um deles um campo magnético (Item 1). Ainteração entre estes dois campos magnéticosproduzirá uma força (F) de atração ou repulsãoentre os condutores (figura 2.3), proporcional àcorrente que circula por ambos condutores e àdistância (d) entre eles.

Figura. 2.3

4. Um bobinado polifásico, igual ao mostrado na figura2.4, alimentado por um sistema de tensões trifásico(figura 2.5) produzirá um campo magnético girante(figura 2.6). Este princípio é similar ao visto nafigura 2.1, com a diferença que neste o campomagnético é estático.


25

Figura 2.5

Na figura 2.6, os pontos identificados com osnúmeros ... correspondem aos momentos emque a tensão de uma das três fases é igual a zero.Desta maneira é mais fácil fazer a composição dosvetores de indução magnética para cada instante.Na figura pode-se ver que a resultante destesvetores está girando (campo girante) com umavelocidade proporcional a freqüência e ao númerode pólos do motor.

Figura 2.6


26

5. A velocidade do campo girante descritoanteriormente, chamada de velocidade síncrona, éproporcional à freqüência do sistema de tensõestrifásico e ao número de pólos do bobinado.

Velocidade do campo girante [rpm]= (freqüência [1/s] x 120 ) / n° de pólos

6. Torque: força aplicada num eixo, que provocará arotação do mesmo (figura 2.7).

Torque [Kgm]= força [Kg] x distância [m]

Figura 2.7

Os motores de indução mais utilizados na indústriasão os chamados motores de gaiola trifásicosmotores de gaiola trifásicosmotores de gaiola trifásicosmotores de gaiola trifásicosmotores de gaiola trifásicos(figura 2.8 - rotor e estator).


1

23

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Figura 2.8

NÚCLEO DECHAPAS

BARRAS DEANÉIS DE

CURTO-CIRCUITO

NÚCLEO DECHAPAS

VENTILADOR

PROTEÇÃO DOVENTILADOR

CAIXA DELIGAÇÃO

EIXO

TAMPAS

CARCAÇA

ENTROLAMENTOTRIFÁSICO

ROLAMENTOS

TERMINAIS

27

Estator:Estator:Estator:Estator:Estator: Carcaça (1), Núcleo de Chapas (2),Enrolamento trifásico (8)Rotor:Rotor:Rotor:Rotor:Rotor: Eixo (7), Núcleo de chapas (3), Barras eanéis de curto-circuito (12)Outras partes:Outras partes:Outras partes:Outras partes:Outras partes: Tampas (4), Ventilador (5),Proteção do ventilador (6), Caixa de ligação (9),Terminais (10), Rolamentos (11).

Nestes motores o rotor é fabricado com espiras emcurto-circuito formando uma verdadeira gaiola. Oestator é formado por três bobinas (bobinadotrifásico), com pares de pólos em cada fase.

Para análise de funcionamento pode se considerar omotor de indução como um transformador, onde oenrolamento primário deste transformador é formadopelo estator e o enrolamento secundário pelo rotor. Opróprio nome “motor de indução” se deve ao fato deque toda a energia requerida pelo rotor para ageração de torque é “induzida” pelo primário dotransformador (estator) no secundário (rotor).

Como existem dois campos magnéticos, um no estatore outro no rotor, e como descrito no item 3, apareceráuma força entre o rotor e o estator que fará com que orotor gire, já que é o único que pode se movimentarpois está montado sobre rolamentos, disponibilizandoassim energia mecânica (torque) no seu eixo.

Para facilitar o entendimento do funcionamento domotor de indução dividiremos o estudo em três casoshipotéticos:

CASO 1Primeiramente consideraremos um motor de doispólos com o “rotor bloqueado”, isto significa queatravés de algum dispositivo mecânico impediremosque o eixo do motor (rotor) gire. Nesta condição, seaplicarmos tensão trifásica com freqüência de 60Hznos terminais do bobinado do estator, este produziráum campo magnético girante com velocidade de3600 rpm (item 5). As linhas de indução deste campomagnético “cortarão” as espiras do rotor comvelocidade máxima induzindo assim a máxima tensãonas espiras do rotor, e como estas estão em curto-circuito, circulará também a máxima corrente porelas. Como toda a energia produzida no rotor tem de


2.2 ANÁLISE DEFUNCIONAMENTO

28

ser “induzida” pelo estator, circulará no bobinado doestator uma corrente elevada (6 a 8 vezes maior que acorrente nominal do motor).

Se esta condição for mantida por mais que algunssegundos os fios do bobinado do estator irão esquentarde forma indevida, podendo até danificar (queimar) obobinado, pois não foram projetados para suportar estacorrente por um período de tempo grande.

CASO 2Agora vamos para o outro extremo. Vamos supor que orotor do motor possa girar exatamente à velocidade de3600 rpm. Neste caso as linhas de indução do campomagnético girante produzido pelo estator “nãocortarão” as espiras do rotor pois os dois estão girandocom mesma velocidade. Sendo assim não haverátensão induzida, nem corrente, nem geração de campomagnético.

Para a produção de energia mecânica (torque) nomotor é necessária a existência de dois camposmagnéticos, sendo assim, não haverá torque no eixo domotor.

CASO 3Vamos supor agora que, nas mesmas condições do Caso2, baixamos a velocidade do rotor do motor para 3550rpm. O campo magnético girante tem uma velocidadede 3600 rpm, é assim que as linhas de indução docampo magnético girante do estator “cortarão” asespiras do rotor com uma velocidade de 50 rpm (3600rpm – 3550 rpm = 50 rpm), produzindo uma tensão euma corrente induzida no rotor. A interação entre osdois campos magnéticos, o do estator e o do rotor,produzirão uma força, que pela sua vez produzirátorque no eixo do motor.

A diferença entre a velocidade síncrona (3600 rpm) e avelocidade do rotor é conhecida como“escorregamento”.

Escorregamento = velocidade síncrona – velocidadedo rotor

S = (Ns – N)––––––––––––––––––

Ns


29

Descritas estas três condições, podemos agoraimaginar o que acontece na prática com nosso motorde indução.

Na partida acontece algo similar ao descrito no caso1, mas na prática a diferença do rotor bloqueado docaso 1 nosso motor pode girar livremente. Sendoassim circulará no bobinado do estator uma correnteelevada (6 a 8 vezes maior que a corrente nominal domotor) que diminuirá a medida que a velocidade domotor aumenta.

Quando a velocidade do rotor se aproxima davelocidade síncrona (caso 2) o torque produzidodiminuirá, fazendo diminuir também a velocidade dorotor. Existirá então um ponto de equilíbrio entre acarga do motor e a velocidade do rotor (caso 3).

Se a carga no eixo do motor aumenta, a velocidade dorotor tenderá a diminuir, e o escorregamentoaumentará. Se o escorregamento aumenta avelocidade com que as linhas de indução do campomagnético do rotor “cortam” o estator aumentará,aumentando também a tensão e corrente induzida norotor. Se a corrente é maior, o campo magnéticogerado por esta também será maior, aumentandoassim o torque disponível no eixo do motor, chegandonovamente numa condição de equilíbrio. Se o torquerequerido pela carga é maior que o nominal do motor,e se esta condição é mantida por muito tempo, acorrente do motor será maior que a nominal e o motorserá danificado.

É a curva que mostra a relação entre o torquedesenvolvido pelo motor e a sua rotação. Na partida,quando o motor é ligado diretamente à rede, o torque(torque de partida) será de aproximadamente 2 a 2,5vezes o torque nominal, diminuindo a medida que avelocidade aumenta até atingir um valor de 1,5 a 1,7do torque nominal a aproximadamente 30% davelocidade nominal. A medida que a velocidadeaumenta o torque aumenta novamente até atingir oseu valor máximo (80% da velocidade nominal)chegando a seu valor nominal na velocidade nominal.Como mostra a curva (linha cheia) da figura 2.9.


2.3 CURVASCARACTERÍSTICASDO MOTOR DEINDUÇÃO

2.3.1 Torque x Velocidade

30

É a curva (linha tracejada da figura 2.9) que mostra arelação entre a corrente consumida pelo motor emfunção da sua velocidade. A figura mostra que napartida, quando o motor é ligado diretamente à rede, acorrente que circula por ele será 5 a 6 vezes maior quea corrente nominal, diminuindo a medida que avelocidade aumenta até atingir um valor estacionáriodeterminado pela carga acoplada ao motor. Se a cargafor a nominal a corrente será também a correntenominal.

Figura 2.9 - Curva Torque x Velocidade e Corrente x Velocidade paramotores de indução de rotor em gaiola alimentados com tensão efreqüência constantes

Na placa de identificação do motor existe umparâmetro chamado de rendimento e identificado pelaletra grega η. Este parâmetro é uma medida daquantidade de potência elétrica transformada pelomotor em potência mecânica. A potência transmitida àcarga pelo eixo do motor é menor que a potênciaelétrica absorvida da rede, devido às perdas no motor.Essas perdas podem ser classificadas em:

2.3.2 Corrente x Velocidade

2.4 POTÊNCIA E PERDAS


31

perdas no enrolamento estatórico (perdas nocobre);perdas no rotor;perdas por atrito e ventilação;perdas magnéticas no núcleo (perdas no ferro);

Sendo o motor de indução uma máquina robusta e deconstrução simples, a sua vida útil depende quaseexclusivamente da vida útil da isolação do bobinado eda vida mecânica dos rolamentos. Vida útil da isolaçãorefere-se ao envelhecimento gradual do isolante, nãosuportando mais a tensão aplicada e produzindocurto-circuito entre as espiras do bobinado.

Para fins de normalização, os materiais isolantes e ossistemas de isolamento (cada um formado pelacombinação de vários materiais) são agrupados emCLASSES DE ISOLAMENTO, cada qual definida pelorespectivo limite de temperatura, ou seja, pela maiortemperatura que o material pode suportarcontinuamente sem que seja afetada sua vida útil. Asclasses de isolamento utilizadas em máquinas elétricase os respectivos limites de temperatura conformenorma NBR-7094, são mostradas na tabela a seguir:

Tabela 2.1 - Classes de isolamento

CLASSE TEMPERATURA (°C)

A 105

E 120

B 130

F 155

H 180

As classes B e F são as freqüentemente utilizadas.

O sistema de isolamento convencional dos motores,que tem sido utilizado com sucesso em todos os casosde alimentação com fontes senoidais tradicionais (50/60Hz) pode não atender os requisitos necessários seos mesmos forem alimentados por outro tipo de fonte.É o caso dos motores alimentados por inversores defreqüência. Atualmente, com a utilizaçãogeneralizada destes equipamentos, o problema dorompimento da isolação provocado pelos altos picosde tensão decorrentes da rapidez de crescimento dos


2.5 CARACTERÍSTICASDE TEMPERATURA -CLASSES DEISOLAMENTOTÉRMICO

32

pulsos gerados pelo inversor, bem como a altafreqüência com que estes são produzidos, obrigou aimplementar melhorias no isolamento dos fios e nosistema de impregnação, afim de garantir a vida dosmotores. Estes motores com isolamento especial sãochamados de ”Inverter Duty Motors”.

Tempo de rotor bloqueado é o tempo necessário paraque o enrolamento da máquina, quando percorridopela sua corrente de partida, atinja a sua temperaturalimite, partindo da temperatura em condições nominaisde serviço e considerando a temperatura ambiente noseu valor máximo.

Este tempo é um parâmetro que depende do projetoda máquina. Encontra-se normalmente no catálogo ouna folha de dados do fabricante. A tabela abaixomostra os valores limites da temperatura de rotorbloqueado, de acordo com as normas NEMA e IEC.

2.6 TEMPO DE ROTORBLOQUEADO

Tabela 2.2 - Temperatura limite de rotor bloqueado

CLASSE TEMPERATURA MÁXIMA (°C)DE ΔTmáx(°C)

ISOLAMENTO NEMA MG1.12.53 IEC 79.7

B 175 185 80

F 200 210 100

H 225 235 125


33

Para partidas com tensão reduzida o tempo de rotorbloqueado pode ser redefinido como segue:

trb = tb x ( Un / Ur )2

Onde:trb = Tempo de rotor bloqueado com tensão

reduzida

tb = Tempo de rotor bloqueado à tensãonominal

Un = Tensão nominal

Ur = Tensão reduzida

Outra forma de se redefinir o tempo de rotorbloqueado é através da utilização da correnteaplicada ao motor, como segue:

Ipntrb = tb . ( –––––– )²

Ipc

Onde:trb = Tempo de rotor bloqueado com corrente

reduzida

tb = Tempo de rotor bloqueado à correntenominal

Ipn = Corrente de partida direta do motor

Ipc = Corrente de partida do motor comcorrente reduzida

Geralmente, Ipn é obtido de catálogos e possui o valorem torno de 6 a 8 vezes a corrente nominal do motor,e Ipc depende do método de partida do motor. Se porexemplo esta partida for do tipo estrela-triângulo ovalor da corrente será de aproximadamente 1/3 dacorrente de partida.


3MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DEMÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DEMÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DEMÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DEMÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DEINDUÇÃOINDUÇÃOINDUÇÃOINDUÇÃOINDUÇÃO

3.13.13.13.13.1 Categorias de PCategorias de PCategorias de PCategorias de PCategorias de Partidaartidaartidaartidaartida

3.23.23.23.23.2 FFFFFormas de Pormas de Pormas de Pormas de Pormas de Partidaartidaartidaartidaartida Partida direta

Partida estrela-triângulo

Partida eletrônica (soft-starter)

3.3.3.3.3.3.3.3.3.3. FrenagemFrenagemFrenagemFrenagemFrenagem3.3.1 Frenagem por contra-corrente

3.3.2 Frenagem por injeção de CC

3.43.43.43.43.4 VVVVVantagens e desvantagens dos métodosantagens e desvantagens dos métodosantagens e desvantagens dos métodosantagens e desvantagens dos métodosantagens e desvantagens dos métodosde partidade partidade partidade partidade partida Partida direta

Partida estrela-triângulo

Partida eletrônica (soft-starter)

37

Os métodos de comando de um motor de indução, sãoimplementados com equipamentos eletromecânicos,elétricos e eletrônicos. Estes equipamentos permitemacelerar (partir) e desacelerar (frenar) o motor deacordo com requisitos impostos pela carga,segurança, concessionárias de energia elétrica, etc.

Conforme as suas características de torque em relaçãoà velocidade e corrente de partida, os motores deindução trifásicos com rotor de gaiola, sãoclassificados em categorias, cada uma adequada a umtipo de carga. Estas categorias são definidas emnorma (NBR 7094), e são as seguintes:

a) CATEGORIA NConstituem a maioria dos motores encontrados nomercado e prestam-se ao acionamento de cargasnormais, como bombas, máquinas operatrizes, eventiladores.

b) CATEGORIA HUsados para cargas que exigem maior torque napartida, como peneiras, transportadorescarregadores, cargas de alta inércia, britadores, etc.

c) CATEGORIA DUsados em prensas excêntricas e máquinassemelhantes, onde a carga apresenta picos periódicos.Usados também em elevadores e cargas quenecessitam de torques de partida muito altos ecorrente de partida limitada.

MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO3

3.1 CATEGORIAS DEPARTIDA

Tabela 3.1 - Características das categorias de partida direta

Categorias Torque Corrente Escorregamentode partida de partida de partida

N Normal Normal Baixo

H Alto Normal Baixo

D Alto Normal Alto

As curvas torque x velocidade das diferentes categorias estão mostradas na figura 3.1.

38


3.2 FORMAS DE PARTIDA

Figura 3.1 - Curvas características de torque em função da categoria domotor (partida direta)

PARTIDA DIRETAA maneira mais simples de partir um motor de induçãoé a chamada partida direta, aqui o motor é ligado à

rede diretamente através de um contator(ver figura 3.2). Porém, deve-se observarque para este tipo de partida existemrestrições de utilização. Como já foi vistoanteriormente, a corrente de partida de ummotor de indução quando ligadodiretamente à tensão da rede é 5 a 6 vezesmaior que a corrente nominal. Por estemotivo, e fundamentalmente para motoresde grande porte, a partida direta não éutilizada.

Figura 3.2 - Partida Direta

39

PARTIDA ESTRELA - TRIÂNGULO(Y- Δ)

Este tipo de partida só pode ser utilizado em motoresque possuam ligação em dupla tensão (por exemplo 3x 380 V e 3 x 220 V). A menor tensão deverá ser igualà tensão de rede e a outra 1,73 vezes maior. Estapartida é implementada com dois contatores comomostra a figura 3.3. Na partida o motor é ligado naconexão de maior tensão, isto possibilita uma reduçãode até 1/3 da corrente de partida do motor, comomostra a figura 3.4.

A partida estrela-triângulo poderá ser usada quandoa curva de torque do motor for suficientementeelevada para poder garantir a aceleração da máquinacom a corrente reduzida, ou seja, o torque resistenteda carga não deverá ser superior ao torque do motorquando o motor estiver em estrela.

Figura 3.3 - Partida estrela-triângulo


40

Figura 3.4 - Curva característica de torque e corrente, motor com partidaestrela-triângulo

PARTIDA ELETRÔNICA(SOFT-STARTER)

A chave de partida a estado sólido consiste de umconjunto de pares de tiristores (SCR) ou combinaçõesde tiristores/diodos, para cada fase do motor.

O ângulo de disparo de cada par de tiristores écontrolado eletronicamente para aplicar uma tensãovariável no motor durante a aceleração. Estecomportamento é, muitas vezes, chamado de partidasuave (soft-starter). No final do período de partida,ajustável conforme a aplicação, a tensão atinge seuvalor pleno após uma aceleração suave ou uma rampaascendente, ao invés de ser submetido a transiçãobrusca, como ocorre com o método de partida porligação estrela-triângulo. Com isso, consegue-se mantera corrente de partida (ver figura 3.5) próxima danominal e com suave variação, como desejado.


41

Figura 3.5 - Curva característica de torque e corrente, motor com partidasuave (soft-starter)

Além da vantagem do controle da corrente durante apartida, a chave eletrônica apresenta, também, avantagem de não possuir partes móveis ou que geremarco elétrico, como nas chaves eletro-mecânicas. Esteé um dos pontos fortes das chaves eletrônicas, poissua vida útil é mais longa, assim como doscomponentes acessórios (contatores, fusíveis, cabos,etc.).

Ainda, como um recurso adicional, a soft-starterapresenta a possibilidade de efetuar a desaceleraçãosuave para cargas de baixa inércia.


42

Os motores de indução possibilitam várias formas defrenagem, isto é, onde se tem s < 0 e o motor operacom características de gerador. A seguirapresentaremos dois métodos de frenagem elétrica.

Obtém-se a frenagem por contra-corrente através dainversão de duas fases da tensão de alimentação doenrolamento estatórico (ver figura 3.7), para reverter adireção de rotação do campo girante do motor com omesmo girando ainda na direção inicial. Dessa forma, arotação do rotor fica agora contrária a um torque queatua em direção oposta (ver figura 3.6) e começa adesacelerar (frenar). Quando a velocidade cai a zero omotor deve ser desenergizado, caso contrário, passaráa funcionar em sentido oposto. Para este tipo defrenagem, as correntes induzidas nos enrolamentosrotóricos são de freqüências altas (duas vezes afreqüência estatórica) e de elevada intensidade, pois otorque desenvolvido pelo motor é elevado, onde há aabsorção de potência elétrica da rede com correntemaior que a nominal, acarretando em umsobreaquecimento do motor.

Figura 3.6. Curva de torque x rotação na frenagem por contra-corrente


3.3.1 Frenagem porcontra-corrente

3.3 FRENAGEM

43


Figura 3.7 - Frenagem por contracorrente

44

É obtida através da desconexão do estator da rede dealimentação e da posterior conexão a uma fonte decorrente contínua (ver figura 3.9). A corrente contínuaenviada ao enrolamento estatórico estabelece um fluxomagnético estacionário cuja curva de distribuição temuma fundamental de forma senoidal. A rotação dorotor em seu campo produz um fluxo de correntealternada no mesmo, o qual também estabelece umcampo magnético estacionário com respeito ao estator.Devido à interação do campo magnético resultante eda corrente rotórica, o motor desenvolve um torque defrenagem (ver figura 3.8) cuja magnitude depende daintensidade do campo, da resistência do circuitorotórico e da velocidade do rotor.

Figura 3.8 - Curva de torque x rotação durante a frenagem CC

Como veremos posteriormente, quando utilizado uminversor de freqüência, a tensão contínua a seraplicada no estator do motor é obtida através dodisparo dos transistores do inversor, não necessitandode nenhum dispositivo adicional, pois a tensão CC éproveniente do próprio circuito intermediário doinversor.

Na prática, a frenagem CC tem sua aplicação limitadadevido ao fato de que toda a energia de frenagem édissipada no próprio motor, podendo causarsobreaquecimento excessivo no mesmo. Assim, paranão comprometer a vida útil do motor, utiliza-se afrenagem CC com tensões contínuas limitadas aaproximadamente 20% da tensão nominal CA do motor.

MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO33.3.2 Frenagem por injeção

de corrente contínua(CC)

45

PARTIDA DIRETAVantagens• Menor custo de todas• Muito simples de implementar• Alto torque de partida

Desvantagens• Alta corrente de partida, provocando queda de

tensão na rede de alimentação. Em função distopode provocar interferência em equipamentosligados na mesma instalação

• É necessário sobredimencionar cabos e contatores• Limitação do número de manobras/hora

Figura 3.9 - Frenagem por injeção de CC

3.4 VANTAGENS EDESVANTAGENS DOSMÉTODOS DEPARTIDA


46

PARTIDA ESTRELA-TRIÂNGULOVantagens• Custo reduzido• A corrente de partida é reduzida a 1/3 quando

comparada com a partida direta• Não existe limitação do número de manobras/hora

Desvantagens• Redução do torque de partida a aproximadamente

1/3 do nominal• São necessários motores com seis bornes• Caso o motor não atingir pelo menos 90% da

velocidade nominal, o pico de corrente nacomutação de estrela para triângulo é equivalenteao da partida direta

• Em casos de grande distância entre motor e chavede partida, o custo é levado devido a necessidade deseis cabos.

PARTIDA ELETRÔNICA(SOFT-STARTER)

Vantagens• Corrente de partida próxima à corrente nominal• Não existe limitação do número de manobras/hora• Longa vida útil pois não possui partes

eletromecânicas móveis• Torque de partida próximo do torque nominal• Pode ser empregada também para desacelerar o

motor

Desvantagens• Maior custo na medida em que a potência do motor

é reduzida


4O INVERSOR DE FREQÜÊNCIAO INVERSOR DE FREQÜÊNCIAO INVERSOR DE FREQÜÊNCIAO INVERSOR DE FREQÜÊNCIAO INVERSOR DE FREQÜÊNCIA

4.14.14.14.14.1 Métodos de controle dos inversores deMétodos de controle dos inversores deMétodos de controle dos inversores deMétodos de controle dos inversores deMétodos de controle dos inversores defreqüênciafreqüênciafreqüênciafreqüênciafreqüência Controle escalar

Controle vetorial

4.24.24.24.24.2 Características dos motores de induçãoCaracterísticas dos motores de induçãoCaracterísticas dos motores de induçãoCaracterísticas dos motores de induçãoCaracterísticas dos motores de induçãoacionados com inversores de freqüênciaacionados com inversores de freqüênciaacionados com inversores de freqüênciaacionados com inversores de freqüênciaacionados com inversores de freqüência

49

No capítulo anterior vimos diferentes alternativas decomandar um motor de indução a partir da rede dealimentação; em todos estes casos a freqüência dealimentação foi a da rede, isto é, 60Hz. É assim que avelocidade do motor será a velocidade nominal,podendo ser calculada pela seguinte equação:

120 x ƒ x ( 1 - s )n = –––––––––––––––––––––––––

p

onde:n = velocidade em rotações por minuto (rpm)ƒ = freqüência da rede em Hertz (Hz)s = escorregamentop = número de pólos

Figura 4.1

Se considerarmos como exemplo um motor de 4 pólos,com escorregamento nominal (s = 0,0278) teremos:

120 x 60 ( 1 - s )n = ––––––––––––––––––– = 1750 rpm

4

A partir da simples observação da equação anteriorpodemos deduzir que se pudéssemos dispor de umdispositivo que permita variar a freqüência da tensãode alimentação poderíamos variar diretamente nomotor a sua velocidade de rotação.

O INVERSOR DE FREQÜÊNCIA4

50

Vamos ver agora o que acontece se alimentarmos omotor a partir de um dispositivo que permita variar afreqüência da tensão de alimentação. A seguirmostraremos dois casos, um abaixo da freqüêncianominal e outro acima.

120 x 30 (1 - s)n = ––––––––––––––––––– = 875 rpm

4

Figura 4.2

120 x 90 (1 - s)n = ––––––––––––––––––––––– = 2625 rpm

4

Figura 4.3


51

Vamos ver agora como podemos através de umdispositivo eletrônico, e a partir da tensão efreqüência constante da rede, obter um sistematrifásico com freqüência variável. As figuras 4.1 a 4.3acima mostram para um mesmo período de tempoexemplos de ondas senoidais trifásicas com diferentesvalores de freqüência.

Figura 4.4

O diagrama de blocos da figura 4.4 mostra as partescomponentes deste dispositivo.

O retificador da figura 4.4 gera uma tensão contínuaque é posteriormente filtrada e introduzida no blocoseguinte, chamado de Inversor.

O inversor é composto de seis chaves implementadasnuma configuração como mostrada na figura 4.5.


Figura 4.5

52

Dependendo da combinação de chaves abertas oufechadas pode se obter na saída do inversor formas deonda diferentes. Estas chaves são implementadas nosinversores de freqüência com dispositivossemicondutores chamados de transistores de potência.Existem várias tecnologias de fabricação para este tipode transistores. Os transistores mais freqüentementeutilizados são os chamados:

IGBT IGBT IGBT IGBT IGBT - Transistor Bipolar com Porta Isolada (InsulatedGate Bipolar Transistor)

A figura 4.6 a seguir mostra um exemplo simples decomo pode ser gerada uma primeira aproximação deuma onda senoidal. A linha cheia representa a ondagerada pela combinação de seis estados das chaves1..6.

A onda senoidal representada com linha tracejadaserve como referência para o leitor identificar aaproximação mencionada.

Durante o primeiro estado as chaves 1, 5 e 6 estãofechadas e as chaves 2, 3 e 4 abertas. Assim no motor atensão entre as fases U e V é positiva, entre as fases V eW é zero e entre as fases U e W é positiva, comorepresentado na forma de onda. Nos cinco estadosseguintes muda a combinação de chaves abertas efechadas permanecendo o mesmo tipo de análise doprimeiro estado.

Pode se deduzir também a partir da figura 4.6 quevariando o tempo que cada combinação de chavespermanece num determinado estado, podemos variara freqüência da onda de saída.

Os inversores de freqüência modernos utilizam para acombinação de abertura e fechamento das chaves umaestratégia chamada de “PWM” (Pulse WidthModulation) ou “Modulação por Largura de Pulsos”.Esta estratégia permite a geração de ondas senoidaisde freqüência variável com resolução de até 0,01Hz.

OBSERVAÇÃOOs números correspondem as chaves fechadas.


53

Figura 4.6


54

A figura 4.7 mostra o padrão de chaveamento datensão e a corrente resultante numa fase do motor,quando utilizada a técnica PWM para comando dostransistores de potência.

Figura 4.7

CONTROLE ESCALARO funcionamento dos inversores de freqüência comcontrole escalar está baseado numa estratégia decomando chamada “V/F constante”, que mantém otorque do motor constante, igual ao nominal, paraqualquer velocidade de funcionamento do motor.

O estator do motor de indução possui um bobinadotrifásico como mostrado na figura 2.4. Este bobinadotem dois parâmetros que definem suas características.Um deles é a sua resistência ôhmica R [Ohm] e o outroe a sua indutância L [Henry].

A resistência depende do tipo de material (cobre) e docomprimento do fio com qual é realizado o bobinado.Já a indutância depende fundamentalmente dageometria (forma) do bobinado e da interação com orotor.


4.1 MÉTODOS DECONTROLE DOSINVERSORES DEFREQUÊNCIA

55

Fazendo uma análise muito simplificada podemosdizer que a corrente que circulará pelo estator domotor será proporcional ao valor da resistência “R” eao valor da reatância Indutiva “XL” que é dependenteda indutância L e da freqüência f. Assim:

XL = 2.π.f.L

e

I = V /( R2 + XL2 )

1/2

Para valores de freqüência acima de 30Hz o valor daresistência é muito pequeno quando comparado como valor da reatância indutiva; desta maneirapodemos, nesta aproximação, e para um método decontrole simples como o escalar, desprezá-lo. Assimteremos que o valor da corrente será proporcional àtensão de alimentação V, à indutância L e à freqüênciaf. O valor de indutância L é uma constante do motor,mas a tensão e a freqüência são dois parâmetros quepodem ser “controlados” pelo inversor de freqüência.Assim, se para variar a velocidade do motor deindução temos que variar a freqüência da tensão dealimentação, a estratégia de controle “V/F constante”varia a tensão proporcionalmente com a variação dafreqüência de alimentação (e da reatância indutiva)do motor para obter no estator uma correnteconstante da ordem da corrente nominal do motor,como mostra a equação e a figura 4.8.


56

I ≅ V/f = Cte.

Figura 4.8

Como se pode observar na figura 4.8, acima de 60Hz atensão não pode continuar subindo, pois já foi atingidaa tensão máxima (tensão da rede), É assim que a partirdeste ponto a corrente, e conseqüentemente o torquedo motor, diminuirão. Esta região (acima dos 60Hz noexemplo) é conhecida como região de região de região de região de região deenfraquecimento de campoenfraquecimento de campoenfraquecimento de campoenfraquecimento de campoenfraquecimento de campo. A figura 4.9 a seguirmostra o gráfico do torque em função da freqüênciaonde fica em evidência este comportamento.

Figura 4.9


57

Para freqüências abaixo de 30Hz o termocorrespondente a resistência R do estator, que foidesprezado anteriormente, começa a ter influência nocálculo da corrente. É assim que, de para baixasfreqüências, mantendo-se a proporcionalidade entrea freqüência e a tensão, a corrente econseqüentemente o torque do motor diminuembastante. Para que isto seja evitado, a tensão doestator em baixas freqüências deve ser aumentada,através de um método chamado de compensação Icompensação Icompensação Icompensação Icompensação Ix Rx Rx Rx Rx R, conforme figura 4.10 a seguir.

Figura 4.10

Podemos deduzir assim que o controle escalar eminversores de freqüência é utilizado em aplicaçõesnormais que não requerem elevada dinâmica(grandes acelerações e frenagens), nem elevadaprecisão e nem controle de torque. Um inversor comcontrole escalar pode controlar a velocidade derotação do motor com uma precisão de até 0,5 % darotação nominal para sistemas sem variação de carga,e de 3 % a 5 % com variação de carga de 0 a 100 % dotorque nominal. Pelo princípio de funcionamento eaplicação, são utilizados na maioria das vezes motoresde indução convencionais sem nenhum sistema derealimentação de velocidade (tacogerador de pulsosacoplado ao motor) em malha fechada. A faixa devariação de velocidade é pequena e da ordem de1:10 (Ex: 6 a 60Hz).

Com estas características, o inversor de freqüênciaescalar é a mais utilizado em sistemas que nãorequerem alto desempenho. Este apresenta tambémum custo relativo menor quando comparado com


58

outros tipos de inversores mais sofisticados, como porexemplo o inversor com controle vetorial.

Veremos na continuação uma descrição dos inversorescom controle vetorial.

CONTROLE VETORIALEm aplicações onde se faz necessária uma altaperformance dinâmica, respostas rápidas e altaprecisão de regulação de velocidade, o motor elétricodeverá fornecer essencialmente um controle preciso detorque para uma faixa extensa de condições deoperação. Para tais aplicações os acionamentos decorrente contínua sempre representaram uma soluçãoideal, pois a proporcionalidade da corrente dearmadura, do fluxo e do torque num motor de correntecontínua proporcionam um meio direto para o seucontrole.

Contudo, a busca por avanços tecnológicossignificativos tem diminuído esta hegemonia e,gradativamente, estão aparecendo opções de novasalternativas, como o uso de acionamentos em correntealternada do tipo controle vetorial.

Vantagens do Inversor com Controle Vetorial• Elevada precisão de regulação de velocidade;• Alta performance dinâmica;• Controle de torque linear para aplicações de posição

ou de tração;• Operação suave em baixa velocidade e sem

oscilações de torque, mesmo com variação de carga.

No motor de indução a corrente do estator éresponsável por gerar o fluxo de magnetização e ofluxo de torque, não permitindo obter um controledireto do torque. Basicamente, o circuito de potênciado inversor de freqüência vetorial não é diferente deum inversor de freqüência v/f, sendo composto dosmesmos blocos funcionais. No inversor v/f a referênciade velocidade é usada como sinal para gerar osparâmetros tensão/freqüência variável e disparar ostransistores de potência. Já o inversor vetorial calcula acorrente necessária para produzir o torque requeridopela máquina, calculando a corrente do estator e acorrente de magnetização.

A palavra “vetorial” está sendo nos últimos temposmuito utilizada para dar nome aos novos inversores,


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algumas vezes de maneira não muito apropriada.Vamos tentar esclarecer um pouco estes conceitos.Um vetor é uma representação matemática de umgrandeza física que possui magnitude e direção, umexemplo típico é a representação vetorial de umaforça ou uma corrente elétrica.Os inversores vetoriais recebem este nome devido aque:

1. A corrente que circula no bobinado estatórico deum motor de indução pode ser separada em duascomponentes:Id, ou corrente de magnetização (produtora deFLUXO)eIq ou o corrente produtora de TORQUE

2. A corrente total é a soma vetorialsoma vetorialsoma vetorialsoma vetorialsoma vetorial destas duascomponentes

3. O torque produzido no motor é proporcional ao“produto vetorial”“produto vetorial”“produto vetorial”“produto vetorial”“produto vetorial” das duas componentes

4. A qualidade com a qual estas componentes sãoidentificadas e controladas define o nível dedesempenho do inversor.

Para calcular estas correntes é necessário resolver em“tempo real” uma equação que representamatematicamente o comportamento do motor deindução (modelo matemático do motor). Tempo realsignifica que este cálculo tem que ser feito muitasvezes por segundo, tantas vezes quanto necessáriopara poder controlar o motor. É por isto que este tipode controle requer microprocessadores muitopotentes que realizam milhares de operaçõesmatemáticas por segundo.

Para resolver esta equação é necessário conhecer oucalcular os seguinte parâmetros do motor:

Resistência do estator

Resistência do rotor

Indutância do estator

Indutância do rotor

Indutância de magnetização


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Curva de saturação

Muitos inversores vem com estes valores pré-programados para diferentes motores, outros maissofisticados utilizam rotinas de autoajuste para calcularestes parâmetros, característica muito útil quandoutilizados motores rebobinados ou já existentes.

O controle vetorial representa, sem dúvida, um avançotecnológico significativo, aliando as performancesdinâmicas de um acionamento CC e as vantagens deum motor CA. Porém, em alguns sistemas que utilizamcontrole vetorial é necessário o uso de um encoder(tacogerador de pulsos) acoplado ao motor para que setenha uma melhor dinâmica, o que torna o motorespecial. Sendo assim podemos dizer que existem doistipos de implementação de inversores vetoriais: oinversor “sensorless” (sem sensores) e o inversor comrealimentação por encoder (controle orientado pelocampo).

O inversor com realimentação por encoder é capaz decontrolar a velocidade e o torque no motor, pois calculaas duas componentes da corrente do motor. Este tipode inversores conseguem excelentes características deregulação e resposta dinâmica, como por exemplo:

Regulação de velocidade: 0,01%

Regulação de torque: 5%

Faixa de variação de velocidade: 1:1000

Torque de partida: 200% máx.

Torque máximo (não contínuo): 200%

O inversor “sensorless” tem um grau de desempenhomenor que o anterior, mas é superior ao inversor v/f . Aseguir alguns valores típicos para estes inversores:

Regulação de velocidade: 0,3%

Regulação de torque: 5% *

Faixa de variação de velocidade: 1:100

Torque de partida: 150%

Torque máximo (não contínuo): 150%


* A regulação de torque somente é possível para rotaçõesacima de uma determinada freqüência estatórica,tipicamente 3Hz.

61

O INVERSOR DE FREQÜÊNCIA4Como já vimos na seção anterior, a curva característica“corrente x velocidade” e “torque x velocidade” domotor de indução mostra que a partir do valor detorque equivalente a 150% do nominal (área detrabalho intermitente) as duas curvas apresentam omesmo comportamento. Isto significa que torque evelocidade tem um comportamento linear com acorrente.

Figura 4.11

Os inversores de freqüência trabalhamexclusivamente nesta região.

Vejamos agora o comportamento da curva “torque xvelocidade” quando o motor é alimentado através doinversor de freqüência. A figura 4.12 mostra umconjunto de curvas para diferentes velocidades(freqüências) de operação. A 60Hz temos exatamenteo caso da figura 4.11, que coincide com a resposta deum motor acionado diretamente da rede.

O motor do exemplo é um motor de quatro pólos,assim sua velocidade síncrona será de 1800 rpm e avelocidade do eixo, com carga nominal, será 1750rpm. Podemos ver assim que, com o motor com carganominal, existe uma diferença de 50 rpm entre avelocidade síncrona calculada e a velocidade derotação do motor, devida ao escorregamento.

4.2 CARACTERÍSTICASDOS MOTORES DEINDUÇÃOACIONADOS COMINVERSORES DEFREQÜÊNCIA

62


Figura 4.12

Observando novamente a figura 4.9 vemos que parauma freqüência de alimentação de 30Hz a velocidadesíncrona será de 900 rpm, novamente para torquenominal o escorregamento será o nominal equivalentea 50 rpm, e a velocidade do motor será de 850 rpm.

É interessante observar que diminuindo a freqüênciapela metade a velocidade síncrona também cai ametade, mas a velocidade do motor não, pois sempretem uma diferença constante equivalente aoescorregamento.

Outra característica importante do acionamento demotores com inversores de freqüência é que a correntede partida é praticamente da ordem da correntenominal, e que alimentando o motor a partir de 3 ou4Hz podemos obter no rotor um torque de 150 % donominal, suficiente para acionar qualquer cargaacoplada ao motor.

5PPPPPARÂMETROS DO INVERSOR DEARÂMETROS DO INVERSOR DEARÂMETROS DO INVERSOR DEARÂMETROS DO INVERSOR DEARÂMETROS DO INVERSOR DEFREQÜÊNCIAFREQÜÊNCIAFREQÜÊNCIAFREQÜÊNCIAFREQÜÊNCIA

5.15.15.15.15.1 PPPPParâmetros de leituraarâmetros de leituraarâmetros de leituraarâmetros de leituraarâmetros de leitura

5.25.25.25.25.2 PPPPParâmetros de rearâmetros de rearâmetros de rearâmetros de rearâmetros de regulaçãogulaçãogulaçãogulaçãogulação Rampas de aceleração/desaceleração

Curva U/F ajustável

5.35.35.35.35.3 PPPPParâmarâmarâmarâmarâmetros de configuraçãoetros de configuraçãoetros de configuraçãoetros de configuraçãoetros de configuração Frenagem

Rampa de aceleração e frenagem reostática

Rejeição de freqüências críticas

Partida com motor girando (flying start)

Compensação do escorregamento

5.45.45.45.45.4 PPPPParâarâarâarâarâmetros do motormetros do motormetros do motormetros do motormetros do motor

5.5.5.5.5.5.5.5.5.5. PPPPParâmetros darâmetros darâmetros darâmetros darâmetros das funções especiaisas funções especiaisas funções especiaisas funções especiaisas funções especiais Ciclo automático

Controle de processos com inversores de freqüência

65

Um parâmetro do inversor de freqüência é um valorde leitura ou escrita, através do qual o usuário podeler ou programar valores que mostrem, sintonizem ouadeqüem o comportamento do inversor e motor emuma determinada aplicação. Exemplos simples deparâmetros:

Parâmetro de Leitura P003: Corrente consumidapelo motorParâmetro Programável P121: Velocidade de girodo motor, quando comandado pelo teclado(referência de velocidade, valor de freqüência) .

Quase todos os inversores disponíveis no mercadopossuem parâmetros programáveis similares.Estes parâmetros são acessíveis através de umainterface composta por um mostrador digital(“display”) e um teclado, chamado de InterfaceHomem-Máquina (IHM), ver figura 5.1.

Figura 5.1. Interface Homem-Máquina (IHM)

PARÂMETROS DO INVERSOR DE FREQÜÊNCIA5

66

Para facilitar a descrição, os parâmetros serãoagrupados pelas suas características:

Parâmetros de leitura

Parâmetros de regulação

Parâmetros de configuração

Parâmetros do motor

Parâmetros das funções especiais

Os parâmetros de leitura, como seu nome indica,permitem visualizar os valores programados nosparâmetros de regulação, de configuração, do motor edas funções especiais. Por exemplo, na linha deinversores WEG são identificados do P001 até o P099.Estes parâmetros não permitem a edição do valorprogramado; somente a sua leitura.

EXEMPLOS:P001 -P001 -P001 -P001 -P001 - Referência de Velocidade

Valor da referência de velocidade antes darampa.Independe da fonte de origem da referência.Indicação em rpm.

P002 -P002 -P002 -P002 -P002 - Velocidade do MotorIndica o valor da velocidade real, em rpm.

P003 -P003 -P003 -P003 -P003 - Corrente do motorIndica a corrente de saída do inversor emampères.

P004 -P004 -P004 -P004 -P004 - Tensão do circuito intermediárioIndica a tensão atual no circuito intermediáriode corrente contínua, em Volts.

P005 -P005 -P005 -P005 -P005 - Freqüência aplicada ao motorValor da freqüência de saída do inversor, emHz.

P006 -P006 -P006 -P006 -P006 - Estado do inversorIndica o estado atual do inversor.As sinalizações disponíveis são: Ready, Run,Subtensão e E00, ... E11


5.1 PARÂMETROS DELEITURA

67

P009 -P009 -P009 -P009 -P009 - Torque no MotorIndica a parcela da Corrente Total que éproporcional ao torque, em %.

São os valores ajustáveis a serem utilizados pelasfunções do inversor.

EXEMPLOS:P100P100P100P100P100 - Tempo de aceleração e P101P101P101P101P101 - Tempo de

desaceleraçãoDefinem os tempos para acelerar linearmentede 0 até a velocidade máxima ou desacelerarlinearmente da velocidade máxima até 0. Avelocidade máxima é definida peloparâmetro P134P134P134P134P134.

P133P133P133P133P133 - Referência mínima e P134 P134 P134 P134 P134 - ReferênciamáximaDefine os valores máximo/mínimo develocidade na saída quando o inversor éhabilitado.

RAMPAS DE ACELERAÇÃO/DESACELERAÇÃOAs rampas permitem ao usuário do inversor modificara velocidade de rotação do motor de formacontrolada. Especificando o valor de tempo evelocidade final podemos assim controlar a aceleraçãoe desaceleração do motor. Os inversores possuemnormalmente dois tipos de rampas:

Rampa linearRampa linearRampa linearRampa linearRampa linearA rampa linear é a mais simples, e indicada paracargas com pouca inércia.

Na transição da velocidade zero para a rampa e darampa para a velocidade final, o sistema acoplado aomotor recebe um impulso chamado de “jerk”. Esteimpulso produz vibrações no equipamento acopladoao motor.

Rampa em “S”Rampa em “S”Rampa em “S”Rampa em “S”Rampa em “S”A rampa “S” é um recurso no qual se permite obter aaceleração/desaceleração de cargas onde se necessitade uma partida/parada de forma suave, não

5.2 PARÂMETROS DEREGULAÇÃO


68

ocorrendo choques mecânicos no sistema. A rampa “S”pode ser ajustada em função da aplicação através dosoftware do inversor (parâmetros de programação),onde se define os tempos de aceleração edesaceleração e também o percentual de distorção “S”da curva, conforme descrito na figura a seguir:

Figura 5.2 - Aceleração e desaceleração por rampa “S”

Multi-SpeedMulti-SpeedMulti-SpeedMulti-SpeedMulti-SpeedEsta função permite a variação da freqüência de saídado inversor através de combinações das entradasdigitais, as quais podem ser comandadas através de:chaves seletoras, contatores, CLP’s, chaves fim-de-curso, etc. Seu uso é recomendado quando utiliza-seduas ou mais velocidades fixas (pré-ajustadas), poistraz as seguintes vantagens:

imunidade a ruído elétrico

simplificação de comandos e ajustes

EXEMPLO:

P124P124P124P124P124 - Ref. 1 Multispeed _______ 90 rpm









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Figura 5.3

CURVA U/F AJUSTÁVELEsta função permite a alteração das curvascaracterísticas padrões definidas, que relacionam atensão e a freqüência de saída do inversor econseqüentemente o fluxo de magnetização do motor,a fim de adequar a uma necessidade específica.


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Esta característica pode ser utilizada em aplicaçõesespeciais nas quais os motores utilizados necessitam detensão nominal ou freqüência nominal diferentes dospadrões. O ajuste da relação entre a tensão e afreqüência é feito através do software do inversor(parâmetros de programação), onde se define ainclinação de uma reta (conforme ilustrado na figura aseguir) através de três pares (U, f) de pontos distintosque são: Ponto mínimo, ponto médio e ponto máximo.

Figura 5.4 - Curva U/f ajustável

Esta característica é necessária, pois nestes casos ofluxo de magnetização do motor é diferente dosmotores padrões, o que pode acarretar picos decorrente ou operação com corrente acima da nominaldo motor, que podem ocasionar a sua destruição oubloqueio do inversor.

Definem as características do inversor, as funções aserem executadas, bem como as funções das entradas esaídas.

FRENAGEMQuando o motor de indução está sendo empregado emprocessos que exigem paradas rápidas, o tempo dedesaceleração é muito pequeno e deve ser empregadoo recurso de frenagem elétrica ou mecânica.

Durante a frenagem a freqüência do rotor é maior quea freqüência do estator, provocando um fluxo reversoda energia do rotor para o estator. O motor passa afuncionar então como um gerador, injetando esta


5.3 PARÂMETROS DECONFIGURAÇÃO

71

energia no barramento DC do inversor, o que provocauma sobretensão neste.

A frenagem elétrica pode ser feita através de um dosprocedimentos abaixo, ou uma combinação deles:

1.1.1.1.1. Injeção de corrente contínuaInjeção de corrente contínuaInjeção de corrente contínuaInjeção de corrente contínuaInjeção de corrente contínuaPermite a parada do motor através da aplicação decorrente contínua no mesmo. A magnitude dacorrente contínua, que define o torque defrenagem, e o período durante o qual ela éaplicada, são parâmetros que podem serespecificados pelo usuário. Este modo égeralmente usado com cargas de baixa inércia, epode causar um aquecimento excessivo do motorquando os ciclos de parada são muito repetitivos.

2.2.2.2.2. Rampa de desaceleraçãoRampa de desaceleraçãoRampa de desaceleraçãoRampa de desaceleraçãoRampa de desaceleraçãoA freqüência diminui até zero, conforme o tempode desaceleração especificado pelo usuário,podendo ser empregado quando os requisitos deparada não são muito rígidos.

3.3.3.3.3. FFFFFrrrrrenagem renagem renagem renagem renagem reostáticaeostáticaeostáticaeostáticaeostáticaÉ usada para dissipar a energia que retorna domotor através de um banco de resistores, durante arápida frenagem do motor, evitando a sobretensãono barramento DC do driver.

Geralmente se utiliza a frenagem reostática parabaixar a velocidade até um determinado valor, apartir do qual se aplica corrente contínua no motor,conseguindo uma frenagem rápida e preservando oinversor.

A frenagem mecânica consiste em comandar, atravésde um relé, um sistema capaz de segurar o eixo dorotor. Normalmente estes sistemas tem um tempo deatraso elevado, tanto para ligar como desligar o freio.Assim o usuário deve ter certeza que o rotor estáliberado do freio antes de dar um comando paramovê-lo, caso contrário o motor irá partir com umacondição de sobrecarga provocando umasobrecorrente elevada.

PPPPParâmetrarâmetrarâmetrarâmetrarâmetros associados: os associados: os associados: os associados: os associados: Duração da frenagem(P300); freqüência de início da frenagem (P301);tensão aplicada durante a frenagem (P302)


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INJEÇÃO DE CORRENTE CONTÍNUAEste tipo de frenagem do motor é conseguidaaplicando-se no seu estator uma tensão contínua. Estaé obtida pelo disparo dos transistores do inversor, nãonecessitando nenhum dispositivo adicional. Este tipode frenagem é útil quando se deseja a parada domotor (freio) apenas, diferentemente da frenagemreostática que pode ser utilizada para reduzir avelocidade, mas mantendo-se o motor girando.O torque de frenagem pode ser ajustado de acordocom a aplicação, através do tempo de injeção decorrente contínua e do nível de tensão CC aplicada nomotor. Durante a frenagem CC, é necessário umintervalo para a desmagnetização do motor (TempoMorto), para não haver um pico de corrente noinversor, que poderá atuar a proteção e bloquear omesmo.

Figura 5.5 - Frenagem CC com bloqueio por rampa de desaceleração

RAMPA DE DESACELERAÇÃO EFRENAGEM REOSTÁTICAÉ possível uma frenagem controlada através de umarampa de desaceleração quando a freqüência aplicadaao motor é reduzida de uma forma controlada,necessitando-se para isso de um inversor defreqüência, sendo que dessa forma o motor secomporta como um gerador assíncrono e fornece umtorque de frenagem. Em outras palavras, quando oescorregamento torna-se negativo, isto é, quando avelocidade síncrona (ou freqüência estatórica aplicadapelo inversor) torna-se menor do que a velocidade domotor (velocidade rotórica), o torque gerado pelomotor torna-se negativo e este é frenado. Neste estadoo motor opera como gerador com a energia cinética(do motor e da carga) convertida em energia elétrica


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que é transmitida ao circuito intermediário (CC),através da ponte de transistores, como energia que éconsumida através de um módulo de frenagemreostática.

A potência da frenagem é função do tempo dedesaceleração, da inércia das massas em movimento edo torque resistente. Uma parte da energia defrenagem é dissipada em perdas no motor, e orestante deverá ser dissipada de alguma forma.

Os inversores de freqüência apresentam a opção deutilização de módulos de frenagem reostática, que sãobancos de resistores controlados eletronicamente econectados ao circuito intermediário (CC) que permitese obter até um torque de frenagem próximo aotorque nominal do motor, assegurando a dissipaçãoda energia de frenagem nestas resistências externas.A corrente máxima admissível na resistência defrenagem está relacionada aos seguintes fatores:

Valor ôhmico da resistência de frenagem;

Corrente de limitação do inversor associado;

Corrente máxima do transistor de potência.

Figura 5.6 - Curva de torque x rotação da máquina assíncrona commotor e gerador

REJEIÇÃO DE FREQÜÊNCIASCRÍTICASEste recurso se utiliza quando o sistema a seracionado possui faixas de operação com rotaçõescríticas e que não podem ser utilizadas. Comoexemplo, problemas de ressonância mecânica em


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ventiladores, que causam a vibração excessiva domesmo, podem causar a destruição de rolamentos eeixos.

A rejeição de freqüências críticas é feita através doajuste da freqüência central e de uma banda em tornodesta freqüência a qual o inversor não permitiráacionar o motor, conforme mostra a figura 5.7.

Figura 5.7 - Rejeição de freqüências críticas

Quando da aceleração ou desaceleração do motor, oinversor atua através das rampas ajustadas, passandopelas freqüências críticas, chegando aos valoresdesejados. Caso o valor ajustado seja uma freqüênciacrítica, o inversor irá operar na freqüênciaimediatamente acima ou abaixo do limite imposto.

PARTIDA COM MOTOR GIRANDO(“FLYING START”)Este recurso se utiliza para quando é necessário oreligamento do motor com o inversor de freqüênciamesmo que o motor (ou máquina) ainda esteja emmovimento. Para os inversores comuns sem esterecurso, o religamento não é possível devido ao fato deque quando o motor ainda encontra-se girando, existeuma magnetização residual que faz com que sejagerada uma tensão nos seus terminais. Com oreligamento do inversor, surgem então picos decorrente transitórias que faz com que a proteção contracurto-circuito do inversor atue, bloqueando-o.

Com o recurso de partida com motor girando, oinversor atua de forma a impor a freqüência de


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referência instantaneamente, fazendo uma rampa detensão num tempo especificado pelo usuário.

Caso exista uma realimentação de posição, através deencoder ou resolver, o driver pode calcular avelocidade atual do motor e iniciar seu comandonesta freqüência, utilizando as rampas de aceleraçãoou desaceleração para atingir a velocidade dereferência, não sendo necessário especificar nenhumparâmetro auxiliar para o procedimento de “FlyingStart”.

PPPPParâmetrarâmetrarâmetrarâmetrarâmetros associados:os associados:os associados:os associados:os associados: Tempo para que a tensãode saída varie de 0 Volts até a tensão de trabalho,proporcional a freqüência de referência (P311).

COMPENSAÇÃO DOESCORREGAMENTOPara que um motor de indução desenvolva torque énecessário que a velocidade do rotor seja inferior avelocidade do estator (Hz), sendo a diferença entreambas denominada escorregamento. A quantidadede escorregamento é determinada diretamente pelacondição de carga do motor, assim por exemplo ocampo girante produzido no estator, de um motor dequatro pólos ligado à rede de 220 V/60 Hz, gira àvelocidade de 1800 rpm, mas a velocidade do rotorserá aproximadamente 1750 rpm a plena carga e1795 rpm a vazio.

A compensação do escorregamento é empregadapara manter a velocidade constante independente demudanças na carga, atuando como um controle develocidade em malha aberta. Assim, a freqüência desaída do inversor aumenta ou diminui conforme acorrente do motor varia em função do aumento oudiminuição da carga.


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Define os parâmetros obtidos dos dados de placa.

EXEMPLOSP400P400P400P400P400 - Tensão do motor

P401P401P401P401P401 - Corrente do motor

P402P402P402P402P402 - Rotação do motor

P403P403P403P403P403 - Freqüência do motor

Inclui os parâmetros relacionados com cicloautomático, regulador PID e regulador de velocidade.

CICLO AUTOMÁTICOO ciclo automático é utilizado para acionar um motorem uma determinada seqüência de operação a serrepetida a cada liberação do inversor. Conformedemonstrado na figura a seguir, a freqüência de cadapatamar, bem como a sua duração podem ser ajustadas(programadas) independentemente.

Figura 5.8

Esta função proporciona as seguintes vantagens dentrodo processo:

Não necessita de comando externo para troca develocidades (operador ou dispositivo de comandotemporizados);tempos de atuação precisos e mais estáveis e nãoapresentam influência externa (granderepetibilidade);imunidade a ruído elétrico;

PARÂMETROS DO INVERSOR DE FREQÜÊNCIA55.4 PARÂMETROS DO

MOTOR

5.5 PARÂMETROS DASFUNÇÕES ESPECIAIS

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PARÂMETROS DO INVERSOR DE FREQÜÊNCIA5simplificação de comandos e ajustes;eliminação da manutenção de dispositivos decomandos externos;maior flexibilidade na programação do ciclo doprocesso.

CONTROLE DE PROCESSOS COMINVERSORES DE FREQÜÊNCIARRRRRegulador egulador egulador egulador egulador PID PID PID PID PID (PPPPProporcional – IIIIIntegral –DDDDDerivativo)Um regulador pode ser descrito como um sistema quelê do processo a variável que se deseja controlar e acompara com o valor de referência desejado,produzindo um sinal de saída que atuará sobre oprocesso no sentido de diminuir a diferença entre ovalor lido e o desejado. O algoritmo de um reguladorPID consegue obter erro nulo em regime.

Este regulador pode ser utilizado para controlardiversas variáveis do sistema, como vazão, nível,temperatura, ou pressão, superpondo seu sinal decontrole ao controle normal de velocidade do inversor(U/F).

Exemplos de aplicaçãoControle de vazão em uma tubulação, comrealimentação da vazão e com o inversor acionando amotobomba que faz o fluido circular; controle de nível,controle de pressão; controle de temperatura, etc.

PPPPParâmetrarâmetrarâmetrarâmetrarâmetros associados: os associados: os associados: os associados: os associados: Ganho proporcional; ganhointegral; ganho diferencial; tipo de realimentação;referência; tipo de ação (reversa ou direta); númerode pulsos por revolução (no caso de realimentaçãopor encoder).Como exemplo temos o controle de vazão:

Figura 5.9 - Controle de vazão com inversor de freqüência

6COMANDO E CONTROLE DE VELCOMANDO E CONTROLE DE VELCOMANDO E CONTROLE DE VELCOMANDO E CONTROLE DE VELCOMANDO E CONTROLE DE VELOCIDOCIDOCIDOCIDOCIDADEADEADEADEADEEM MOTORES DE INDUÇÃO ACIONADOSEM MOTORES DE INDUÇÃO ACIONADOSEM MOTORES DE INDUÇÃO ACIONADOSEM MOTORES DE INDUÇÃO ACIONADOSEM MOTORES DE INDUÇÃO ACIONADOSPOR INVERSORES DE FREQÜÊNCIAPOR INVERSORES DE FREQÜÊNCIAPOR INVERSORES DE FREQÜÊNCIAPOR INVERSORES DE FREQÜÊNCIAPOR INVERSORES DE FREQÜÊNCIA

6.16.16.16.16.1 Sensores de posição e velocidadeSensores de posição e velocidadeSensores de posição e velocidadeSensores de posição e velocidadeSensores de posição e velocidade

6.26.26.26.26.2 Medição de velocidadeMedição de velocidadeMedição de velocidadeMedição de velocidadeMedição de velocidade6.2.1 Algoritmo de estimação de freqüência

6.2.2 Algoritmo de estimação de período

6.2.3 Algoritmo de estimação simultânea de período e freqüência

6.36.36.36.36.3 RuídosRuídosRuídosRuídosRuídos

6.46.46.46.46.4 Sincronização de velocidadeSincronização de velocidadeSincronização de velocidadeSincronização de velocidadeSincronização de velocidade

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Comandar a velocidade de um motor acionado porum inversor de freqüência significa simplesmenteprogramar ou colocar uma referência de velocidadenuma entrada do inversor, sem ter informação real seessa velocidade programada está presente no eixo domotor. Em sistemas que não requerem muita precisãoou que são acoplados a cargas conhecidas econstantes, o comando de velocidade pode sersuficiente para atingir as especificações projetadas.

Mas em sistemas que requerem maior precisão novalor da velocidade do eixo do motor é necessário“controlar” o sistema.

Controlar o sistema significa colocar um sensor queindique o valor real da variável, por exemplo, avelocidade (acoplando um sensor ao eixo do motor), erealimentar este valor num regulador do inversor queatuará no sentido de diminuir a diferença entre ovalor lido no sensor e o valor desejado (programado).

É assim que continuamente o sensor está informandoao inversor o valor real da variável, para este podercorrigir em forma dinâmica (em todo momento) odesvio do valor programado.

Figura 6.1

COMANDO E CONTROLE DE VELOCIDADE EM MOTORES DEINDUÇÃO ACIONADOS POR INVERSORES DE FREQÜÊNCIA6

82

Dada sua simplicidade e baixo preço os codificadoresangulares ou tacogeradores de pulsos, chamadosnormalmente de “encoders”, transformaram-se nosúltimos anos, num dos dispositivos mais utilizados paramedição de posição angular e velocidade.

Figura 6.2

Os codificadores incrementais são dispositivos ópto-mecânico-eletrônicos que fornecem informaçãodiscreta de deslocamento (posição relativa). Estes sãofabricados com um disco de vidro ou metal que tem nasua periferia uma trilha com segmentos opacos etransparentes (ver figura 6.2) Três conjuntos deemissores de luz e detetores fotoelétricos sãocuidadosamente dispostos a cada lado do discocodificado. Este disco é montado em um eixo podendogirar livremente, sendo acoplado pela sua vez ao eixodo elemento do qual se deseja determinar odeslocamento ou velocidade (por exemplo o eixo domotor). Quando o eixo gira, as linhas opacas etransparentes do disco passam entre o emissor edetetor de luz, modulando desta maneira o feixeluminoso produzido pelo emissor de luz, atingindo odetetor, e gerando neste um sinal elétricocorrespondente com as divisões gravadas no disco. Ofeixe de luz é focalizado no disco mediante sistemas

6.1 SENSORES DEPOSIÇÃO EVELOCIDADE


83

ópticos (lentes, espelhos, prismas, etc).

Os dois pares emissor/detetor são posicionados demaneira tal a produzir no detetor dois sinaisdefasados de 90°, ver figura 6.3 (sinais A e B). Estessinais são processados (decodificados) por um circuitoeletrônico obtendo-se informação do sentido derotação e a quadruplicação da resolução básica doencoder (nr. pulsos/rev x 4).

Figura 6.3

Portanto o número de pulsos do encoder detectados,por exemplo eletronicamente em um dispositivo decontagem, é uma medida do deslocamento angulardo dispositivo. A distância entre dois pulsosadjacentes do encoder é:

Xk - Xk-1= ΔXk (ver figura 6.4)

Figura 6.4


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valor conhecido e constante. Se o encoder possui ppppppulsos por revolução, o valor unitário de deslocamentoserá 1/p:

ΔXk =ΔX=1/p [rev].

Desta maneira a posição Xk (posição depois deacontecidos kkkkk pulsos), é

k . ΔX =k/p [rev.] =k . 2Π/p [rad.]

Logo, para medir posição basta um dispositivo quepossa contar os pulsos gerados pelo encoder.

Até pouco tempo atrás só eram utilizadostacogeradores analógicos para realimentação develocidade em motores elétricos; mas estesapresentavam problemas como:

• não-linearidades• variação da resposta com a temperatura• baixa precisão (0,5% no melhor dos casos)• muito sensíveis à ruído (sinal analógico)

Com a maciça utilização dos encoders tem surgidodiferentes tipos de técnicas de medição digital develocidade. Para analisar estes métodos é importantedefinir os parâmetros que caracterizam um sistema demedição, a saber:

Resolução:Resolução:Resolução:Resolução:Resolução: É o menor incremento de velocidade quepode ser medido pelo sistema

Precisão:Precisão:Precisão:Precisão:Precisão: É o máximo desvio que o valor medido sofreem relação ao valor real de velocidade

TTTTTempo de detecção:empo de detecção:empo de detecção:empo de detecção:empo de detecção: É o tempo que o sistemanecessita para realizar a medição.

FFFFFaixa de medição:aixa de medição:aixa de medição:aixa de medição:aixa de medição: É a faixa de velocidades(velocidade máxima, velocidade mínima) dentro daqual o sistema opera dentro das especificações.

Assim, um bom sistema é aquele cujo método demedição propicia alta resolução, alta precisão e baixotempo de detecção numa larga faixa de medição.Existem vários médodos de medição de velocidade.Cada método pode ser caracterizado por um “algoritmode estimção”, já que o valor da velocidade é“estimado” a partir de um dado de posição.


6.2 MEDIÇÃO DEVELOCIDADE

85

A velocidade é aproximada contando o número depulsos M1 vindos do transdutor durante um tempofixo Tp, ver figura 6.5.Este método é indicado para sistemas com faixa demedição estreita e para medição de altas velocidades.

Figura 6.5

A velocidade é aproximada medindo-se o tempocompreendido entre um número inteiro de pulsosconsecutivos do encoder “Pe” (dois ou mais). Estetempo é computado com a ajuda de uma base detempo “Pc” com freqüência fixa conhecida (ver figura6.6), contando os pulsos M2.

Este método tal como o anterior é utilizado para faixasde medição estreitas, mas em baixas velocidades.

Figura 6.6


6.2.1 Algoritmo deEstimação deFreqüência

6.2.2 Algoritmo deEstimação doPeríodo

86

A velocidade é aproximada medindo período efreqüência. Desta maneira as duas medições sãorealizadas sincronizadamente permitindo obter comeste método bons resultados tanto em altas como embaixas velocidades.

O ambiente industrial é normalmente muito poluídopor ruídos de origem eletromagnética, podendocomprometer a integridade dos sinais transmitidosdesde os sensores até à máquina. Os cabos queconduzem os sinais atuam como antenas receptorasdos ruídos, corrompendo a informação, podendocausar sérios problemas.

A quantidade de ruído eletromagnético induzido noscabos pode ser minimizada utilizando-se cabosblindados, níveis de sinal elevados (12 ou 24 V) outransmissão de sinais em forma diferencial.

Figura 6.7

A figura 6.7 mostra uma linha de transmissãodiferencial; se um ruído for induzido na linha, os doiscanais serão afetados e como no final da linha érealizada uma operação de subtração dos sinais o ruídoserá rejeitado. Dependendo do tipo de cabo e daimpedância de saída do dispositivo que gera o sinaldiferencial, os sinais podem ser transmitidos até umadistância máxima de aproximadamente 1000 metros.


6.2.3 Algoritmo deEstimaçãoSimultânea dePeríodo eFreqüência

6.3 RUÍDOS

87


A figura 6.8 mostra uma representação esquemáticade um mecanismo convencional para variação develocidades e sentido de rotação. Normalmente éutilizada uma cadeia cinemática, com projeto baseadoem especificações de velocidade, sentido de rotação etorque; as características de saída estão determinadaspelas características do acionamento combinadas comum determinado conjunto de engrenagens.

Figura 6.8

Este tipo de configuração é utilizado em aplicaçõesonde são necessárias relações de transmissão fixas. Noentanto, em aplicações onde se precisa de umarelação variável, é necessário um sistema que gereinstantaneamente uma nova relação de transmissão.A figura 6.9 mostra um exemplo onde não obstanteexistir redutores, necessários para adaptarvelocidades e/ou torques dos motores com asrespectivas cargas, existe também para cada eixo umacionamento controlado eletronicamente. Este tipo desistema além de eliminar a complicada cadeiacinemática oferece a grande flexibilidade do controleeletrônico onde qualquer combinação de velocidade esentido de rotação pode ser programado.

6.4 SINCRONIZAÇÃO DEVELOCIDADE

88


Figura 6.9

O sistema possui um motor e um acionamento por eixo.Um dos eixos opera com a função de mestre, isto é, seuvalor real de velocidade é fornecido para sincronizar osoutros eixos, considerados escravos, pois suasvelocidades serão proporcionais, com razão deproporcionalidade programável, à velocidade do eixomestre.

Sistema multimotores:Sistema multimotores:Sistema multimotores:Sistema multimotores:Sistema multimotores:É quando um inversor de freqüência alimenta váriosmotores conectados em paralelo. Todos os motoresdeverão ter a mesma tensão e freqüência dealimentação. A velocidade de funcionamento dosmotores dependerá do número de pólos e doescorregamento (que é função da carga) de cadamotor.Neste tipo de aplicação deve se levar em conta que umou vários dos motores ligados ao sistema multimotorespode necessitar ser desligado com o inversorfuncionando, este fato precisa ser levado emconsideração na hora do dimensionamento.

7APLICAÇÃO DE ACIONAMENTOS COMMOTORES DE INDUÇÃO E INVERSORES DEFREQÜÊNCIA

7.1 Introdução, definições, fundamentos eprincípios7.1.1 Definições

7.1.2 Relações básicas

7.2 O que a carga requer7.2.1 Tipos de carga

Torque constante

Potência constante

Torque linearmente crescente

Torque com crescimento quadrático

7.2.2 O pico de carga

7.2.3 Estimando cargas

7.3 Seleção de acionamentos(motor/inversor)7.3.1 Operação abaixo da rotação nominal

Motor autoventilado

Motor com ventilação independente

7.3.2 Operação acima da rotação nominal

7.3.3 Casos especiais

Efeito da temperatura ambiente

Efeito da altitude

7.4 Aplicações típicas7.4.1 Sistemas de bombeamento de fluídos

7.4.2 Sistemas de ventilação

7.4.3 Ar-condicionado (sistemas de chiller à água)

7.4.4 Papel e celulose

7.4.5 Movimentação de Cargas

91

Uma das maiores fontes de problemas ao se tratar desistemas de acionamento é a aplicação inadequada dosdiversos tipos existentes. Acionamentos ca e cc têmcaracterísticas peculiares, que devem ser levadas emconta ao se fazer uma escolha. Não só as característicasde torque são diferentes, mas também háconsideráveis diferenças de custos, perturbaçõesintroduzidas na rede elétrica, fator de potência gerado,dimensões de carcaça disponíveis, etc.

É necessário, portanto, um conhecimento básico decomo o motor interage com o sistema de controle, eestes dois por sua vez, com a máquina a ser acionada, afim de se poder fazer uma aplicação apropriada.

O dimensionamento do acionamento é feito com baseno torque requerido pela carga (veja a definição detorque e de carga na seção 7.1.1 abaixo). Assim, pode-se dizer que é necessário conhecer muito bem amáquina a ser acionada. É muito importante fazer umaquantidade tão grande quanto possível de perguntas,mesmo a respeito de coisas aparentementeinsignificantes. É impossível perguntar demais, e umdos segredos está em entender muito bem a aplicação.

É necessário ainda uma compreensão das relaçõesentre torque, potência, velocidade e aceleração/desaceleração, bem como do efeito de uma transmissãomecânica nestas grandezas.

Finalmente, é necessário utilizar um métodosistemático para selecionar o equipamento adequado.

MOTOR - Sempre que houver uma menção genéricaa ”motor” nesta seção, estará se referindo ao motorde corrente alternada (ca) de indução, assíncrono, comrotor tipo gaiola de esquilo, a menos de declaraçãoexplícita ao contrário.

ACIONAMENTO - A palavra acionamento significaaqui, o conjunto compreendido pelo motor e seusistema de partida, mais qualquer aparelho eletrônicode controle envolvido (tal como um inversor).

APLICAÇÃO DE ACIONAMENTOS COM MOTORES DEINDUÇÃO E INVERSORES DE FREQÜÊNCIA7

7.1 INTRODUÇÃO,DEFINIÇÕES,FUNDAMENTOS EPRINCÍPIOS

7.1.1 Definições

92

CARGA - A palavra carga significa aqui, o conjunto decomponentes da máquina que se movem, ou que estãoem contato e exercem influência sobre eles,começando a partir da ponta-de-eixo do motor.

TORQUE - O torque pode ser definido como “a forçanecessária para girar um eixo”. Ele é dado peloproduto da força tangencial F (N) pela distância r (m),do ponto de aplicação da força ao centro do eixo. Aunidade de torque no SI (Sistema Internacional) é oNm (Newton-metro).

INÉRCIA - Inércia é a resistência que uma massaoferece à modificação do seu estado de movimento.Todo corpo que tem massa tem inércia. Uma massa emrepouso requer um torque (ou força) para colocá-la emmovimento; uma massa em movimento requer umtorque (ou força) para modificar a sua velocidade oupara colocá-la em repouso. O momento de inércia demassa J (kgm2) de um corpo depende da sua massa m(kg) e da distribuição da massa ao redor do eixo degiro, ou seja, da sua geometria. O Anexo 1 traz asfórmulas para o cálculo do momento de inércia demassa de diversos corpos comuns.

TorqueO torque T (Nm) é o produto da força F (N) necessáriapara girar o eixo, pela distância r (m) do ponto deaplicação da força ao centro do eixo

T = F * r(7.1)

Este é o torque necessário para vencer os atritosinternos da máquina parada, e por isso é denominadode torque estático de atrito, Te at .

Pode-se determinar o torque demandado para por emmovimento uma máquina, medindo a força, porexemplo, utilizando uma chave de grifo e umdinamômetro de mola (figura 7.1).


7.1.2 Relações Básicas

93

Figura 7.1 - Medição de torque

Exemplo:Se obtivermos uma leitura de força de 75 N (~ 7,6 kgf)a 0,6 m (600 mm) do centro do eixo de entrada, otorque será (eq. 7.1)

Te at = 75 * 0,6 = 45,0 Nm

VELOCIDADE DE ROTAÇÃOA máxima velocidade síncrona de rotação n (rpm) deum motor controlado por inversor depende do númerode pólos p do motor e da freqüência máxima de saídaf (Hz) do inversor selecionado.

n = 120 * f / p(7.2)

Exemplo:Um motor de 2 pólos comandado por um inversor cujafreqüência máxima de saída é de 150Hz, permitechegar até uma velocidade síncrona de (eq. 7.2)

n = 120 * 150 / 2 = 9.000 rpm

POTÊNCIAA potência P é dada pelo produto do torque T (Nm)pela velocidade de rotação n (rpm)

P = (2*π/60) * T * n(7.3)

e a unidade é o Watt. (Lembre-se: 1.000 W = 1 kW)

Exemplo:Se a máquina demandasse os mesmos 45,0 Nm a umavelocidade de rotação de 1.760 rpm, então a potênciaseria (eq. 7.3)


94

P = (2*π/60) * 45,0 * 1.760 = 8.294 W (~ 8,3 kW)

ACELERAÇÃO (DESACELERAÇÃO)O torque T (Nm) necessário para acelerar (oudesacelerar) uma carga com momento de inércia demassa (ou simplesmente inércia) J (kgm2), davelocidade de rotação n1 (rpm) para n2 (rpm), em umtempo t (s), é dado por

Td ac = (2*π/60) * J * (n2 – n1) / t(7.4)

Este torque é chamado de torque dinâmico deaceleração, Td ac . Se n2 > n1 (aceleração), Td ac épositivo, significando que seu sentido é igual aosentido de rotação; se n2 < n1 (desaceleração),Td ac é negativo, significando que seu sentido écontrário ao sentido de rotação.

Exemplo:Um cilindro maciço de alumínio, de diâmetro d = 165mm e comprimento l = 1.200 mm, e portanto comuma massa m de aproximadamente 69,3 kg, temmomento de inércia de massa J de (eq. A1.7, Anexo 1)

J = 1/8 x 69,3 x 0,1652 = 2,36E10–1 kgm2

Se o corpo deve acelerar de de 0 a 1.760 rpm notempo de 1,0s, então o torque de aceleração será (eq.7.4)

Td ac = (2*π/60) * 2,36E10 -1 * (1.760 – 0) / 1,0= 43,5 Nm

Adicionando-se o torque de aceleração acimacalculado ao torque de atrito calculado no primeiroexemplo acima, tem-se

T = 45,0 + 43,5 = 88,5 Nm

e para a potência (eq. 4.3)

P = (2*π/60) * 88,5 * 1.760 = 16.303 W (~ 16,3 kW)

EFEITO DE UMA TRANSMISSÃO MECÂNICAPor transmissão mecânica entende-se um redutor (oumultiplicador) de velocidade como, por exemplo, um


95

redutor de engrenagens, ou uma redução por polias ecorreia em V, ou ainda correia dentada. Umatransmissão mecânica tem dois parâmetros importantespara o dimensionamento do acionamento, que são: (a)a razão de transmissão iR, e (b) a eficiência ηR . No casode redutores de engrenagens estes parâmetros sãofornecidos pelo fabricante do mesmo, e no caso detransmissões por polias e correias, podem sercalculados a partir dos parâmetros da transmissão(razão dos diâmetros efetivos ou razão dos números dedentes).

Redutores de velocidade são utilizados, por exemplo,no acionamento de máquinas de baixa velocidade,entre o eixo do motor e o eixo de entrada da máquina.Assim como a velocidade de rotação do motor éreduzida na proporção da razão de transmissão iR,também o torque do motor é multiplicado na mesmaproporção. Além disso, uma parte da energia que entraé consumida pelas perdas internas (atritos, ruído, etc),quantificadas pela eficiência ηR . Assim, o torquenecessário na entrada de um redutor, T1 (Nm) emfunção do torque demandado na saída T2 (Nm) é dadopor

T1 = T2 /( iR * ηR )

(7.5)

Exemplo:Se no exemplo 4, com T2 = 88,5 Nm, houvesse umredutor de engrenagens de 1 estágio com razão detransmissão iR = 1,8 e eficiência ηR = 0,85 teríamospara o torque T1 (eq. 7.5)

T1 = 88,5 / (1,8 * 0,85) = 57,8 Nm

A velocidade máxima do motor deveria ser então

n1 = 1.760 * 1,8 = 3.168 rpm

E a potência (eq. 7.3)

P = (2*π/60) * 57,8 * 3.168 = 19.179 W (~ 19,2 kW)


96

Antes de mais nada convém relembrar a definição dotermo carga, da Sec. 7.1.1: Neste material a palavracarga significa: “O conjunto de componentes damáquina que se move, ou que está em contato e exerceinfluência sobre eles, começando a partir da ponta-de-eixo do motor”.

Devemos iniciar preocupando-nos com a carga, e nãocom o motor ou com o inversor. Um bom trabalho dedecisão a respeito do melhor sistema de acionamentode uma máquina requer que a máquina em sí sejaconsiderada primeiramente. Se você não conhece amáquina em profundidade não poderá tomar decisõesacertadas com respeito ao seu acionamento.

Com esta finalidade é de grande utilidade um “checklist”, que contenha uma coletânea de sugestões deperguntas a serem feitas. Pergunte-se a respeito daperformance e das demandas da máquina. A carga éconstante ou variável? É necessária uma aceleraçãorápida? Neste caso, qual é o máximo tempo deaceleração admitido? O regime de serviço é contínuo,ou interrompido, e repetido em intervalos? O Anexo 2apresenta uma proposta bem mais extensa de um tal“check list”, que pode inclusive ser expandido,adaptado para o seu caso específico.Vamos nos concentrar daqui por diante nadeterminação do torque demandado pela carga.

Geralmente os dados a respeito do torque demandadopela carga são apresentados na forma de um gráfico“torque versus velocidade”. Não precisa ser um gráficoimpecavelmente produzido, com linhas perfeitas ecoloridas. Importante é que seja de bom tamanho (nãomuito pequeno), e em escala. Pode muito bem ser feitoa mão.

Geralmente as cargas caem em uma das seguintescategorias:

Torque constanteO torque demandado pela carga apresenta o mesmovalor ao longo de toda a faixa de velocidades. Logo,a demanda de potência cresce linearmente com avelocidade (figura 7.2a). Uma esteiratransportadora movimentando uma carga de 1 ton


7.2 O QUE A CARGAREQUER ?

7.2.1 Tipos de cargas

97

de peso a 0,1 m/s, por exemplo, requeraproximadamente o mesmo torque que se estivessea 1,0 m/s. Outros exemplos de cargas com este tipode comportamento são: equipamentos de içamento(guindastes e elevadores), laminadores, extrusoras,e bombas de deslocamento positivo (de pistões, deengrenagens e helicoidais).

Potência constanteO torque inicial é elevado e diminuiexponencialmente com o aumento da velocidade. Apotência demandada permanece constante ao longode toda a faixa de variação de velocidade (figura7.2b). Isto normalmente é o caso em processos ondehá variações de diâmetro, tais como máquinas debobinamento e desbobinamento, e desfolhadores,bem como em eixos-árvore de máquinas-ferramenta. Quando o diâmetro é máximo, édemandado máximo torque a baixa velocidade. Amedida que diminui o diâmetro, diminui também ademanda de torque, mas a velocidade de rotaçãodeve ser aumentada para manter constante avelocidade periférica.

Torque linearmente crescenteO torque cresce de forma linear com o aumento davelocidade, e portanto a potência cresce de formaquadrática com esta (figura 7.2c). Exemplo de cargacom este comportamento são prensas.

Torque com crescimento quadráticoO torque demandado aumenta com o quadrado davelocidade de rotação, e a potência com o cubo(figura 7.2d). Exemplos típicos são máquinas quemovimentam fluidos (líquidos ou gases) porprocessos dinâmicos, como, por exemplo, bombascentrífugas, ventiladores, exaustores e agitadorescentrífugos. Estas aplicações apresentam o maiorpotencial de economia de energia já que a potênciaé proporcional à velocidade elevada ao cubo.


98

O pico de torque é diferente para cada tipo demáquina e precisa ser corretamente identificado. Emalguns casos o torque de partida é muito elevado, talcomo num transportador muito pesado. Uma carga dealta inércia que requer aceleração muito rápida,igualmente terá uma alta demanda de torque durantea aceleração. Outras aplicações apresentarão demandamáxima durante a operação em regime, e não napartida, com sobrecargas súbitas aparecendoperiodicamente.


Figura 7.2a - Cargas típicas (torque constante)

Figura 7.2c - Cargas típicas (torque linearmentecrescente

Figura 7.2b - Cargas típicas (potência constante)

Figura 7.2d - Cargas típicas (torque com crescimentoquadrático)

7.2.2 O pico de carga

99

Por vezes é necessário determinar o torquedemandado por uma máquina existente, que tem ummotor CA alimentado diretamente pela rede. Acorrente elétrica consumida pelo motor é um bomindicativo do torque demandado. Se for possível tomarvalores de corrente em cada uma das condições deoperação da máquina, pode-se chegar a uma boaaproximação do torque demandado pela máquina. Acorrente deveria ser medida em uma das fases domotor no momento da partida, durante a aceleração,durante o funcionamento normal e ainda em eventuaissituações de sobrecarga. Importante também édeterminar a duração de cada uma dessas condiçõesdentro do ciclo da máquina.

Em seguida verifica-se o valor da corrente nominal naplaqueta de identificação do motor.

Exemplo:Um motor de 15 kW, 1760 rpm, 220 V tem umacorrente nominal de 52,0 A. O rendimento deste motora 100 % da potência nominal é de 89,8 %. Isto significaque 89,8 % de 52,0 A = 46,7 A vão produzir torque. Osdemais 52,0 – 46,7 = 5,3 A vão suprir as perdas eproduzir a excitação do motor.

O torque nominal do motor pode ser calculado a partirda potência e da rotação nominais, como segue (eq.7.3)

T = 15000/((2pi/60) x 1760) = 81,4 Nm

Pode-se dizer que o motor vai desenvolver então

81,4 Nm / 46,7 A = 1,743 Nm/A produtor de torque

Assim, a uma leitura de corrente de 20 A, por exemplo,corresponderá um torque de

(20 – 5,3) x 1,743 = 25,6 Nm

Este raciocínio é válido até a rotação nominal. O torquede um motor CA operando com inversor de freqüênciaacima da rotação nominal varia inversamente aoquadrado da velocidade. Logo, a uma velocidade igualao dobro da rotação nominal o motor produz apenas ¼do torque nominal.


7.2.3 Estimando cargas

100

Considerando-se que as perdas no cobre são resultado dacorrente do motor, então a perda de potência seráproporcional à carga. Dessa forma, se o motor gira maislento, com a mesma corrente nominal (determinada pelacarga) gerando a mesma perda de potência que ocorreem velocidades mais elevadas, o motor se sobreaquece,pois há um menor fluxo de ar de refrigeração disponívelquando o ventilador do motor se movimenta emvelocidades menores (motores autoventilados). Quando omotor é utilizado em aplicaçoes para controle deventiladores ou bombas centrífugas, a carganormalmente diminui, conforme a velocidade se reduz,dessa forma o sobreaquecimento deixa de existir. Emaplicações onde o motor deve desenvolver pleno torque(100% da corrente) em baixa velocidade, osobredimensionamento ou utilização de motores com umfator de serviço mais elevado se torna necessário.

OBSERVAÇÃO:Chama-se fator de serviço (FS) o fator que aplicado àpotência nominal, indica a carga permissível que podeser aplicada continuamente no motor, sob condiçõesespecificadas. Note que se trata de uma capacidade desobrecarga contínua, ou seja, uma reserva de potênciaque dá ao motor uma capacidade de ainda suportar ofuncionamento em condições desfavoráveis. O fator deserviço não deve ser confundido com a capacidade desobrecarga momentânea, durante alguns segundos. Ofator de serviço FS = 1,0, significa que o motor não foiprojetado para funcionar continuamente acima da suapotência nominal. Isto, entretanto, não muda a suacapacidade para sobrecargas momentâneas.

MOTOR AUTOVENTILADOPara a utilização de motores autoventilados padrão, aredução da ventilação nas baixas rotações faz com queseja necessária uma diminuição no torque demandado domotor ou o sobredimensionamento do mesmo, de modo amanter sua temperatura dentro dos limites da sua classetérmica. O fator de redução do torque (“derating factor”),que leva em consideração as influências da redução daventilação em baixas rotações, bem como das harmônicase do enfraquecimento de campo nas rotações acima danominal para motores fechados, auto-ventilados, comcarcaça de ferro-fundido, está representada na figura 7.3e equacionada a seguir:


7.3 SELEÇÃO DEACIONAMENTOS(MOTOR/INVERSOR)

7.3.1 Operação abaixo darotação nominal

101

Figura 7.3 - Curva “torque x freqüência” para motores fechados, auto-ventilados

A curva foi obtida experimentalmente, em condiçõesde alimentação com uma onda senoidal e fluxonominal no entreferro. As equações correspondentes acada trecho da curva da figura 7.3 são as seguintes:

A freqüência normalizada, fr , dada por

fr = f / fn(7.6)

sendo: f - freqüência de operação [Hz]

fn - freqüência nominal [Hz]

Para 0 <= fr < 0,25

T/Tn = 1,49 * fr + 0,28(7.7)

Para 0,25 <= fr < 0,50

T/Tn = 0,74 * fr + 0,47(7.8)

Para 0,50 <= fr < 0,83

T/Tn = 0,28 * fr + 0,70(7.9)


102

Para 0,83 <= fr < 1,0

T/Tn = 0,93(7.10)

Para fr > 1,0

T/Tn = 0,93 / fr(7.11)

Exemplo:Um motor fechado, autoventilado, de freqüêncianominal fn = 60Hz, devido à redução na capacidade derefrigeração quando operando a f = 30 Hz, podefornecer

fr = 30 / 60 = 0,5(eq. 7.6)

T/Tn = 0,28 * 0,5 + 0,70 = 0,84(eq. 7.9),

ou seja, somente 84 % do seu torque nominal,

e a f = 15Hz

fr = 15 / 60 = 0,25(eq. 7.6)

T/Tn = 0,74 * 0,25 + 0,47 = 0,655(eq. 7.8),

ou seja, somente 65,5% do seu torque nominal.

MOTOR COM VENTILAÇÃO INDEPENDENTECom a utilização de motores com ventilaçãoindependente, não existirá mais o problema desobreaquecimento do motor por redução derefrigeração, podendo o mesmo ser dimensionado coma carcaça normal e potência necessária aoacionamento.

Para motores com ventilação independente, oventilador que era acoplado ao próprio eixo do motoragora é acoplado à um outro motor independente, quegeralmente é acoplado ao motor principal porintermédio de uma flange defletora especial quepermite o suporte mecânico do motor da ventilação.


103

Figura 7.4 - Característica de torque disponível x rotação em motorescom ventilação independente

Um motor padrão para operar em rede de freqüênciade 50 ou 60 Hz pode girar a freqüências mais altasquando alimentado por um conversor de freqüência. Avelocidade máxima depende do seu balanceamentomecânico e dos rolamentos.

Neste caso, como o motor funcionará comenfraquecimento de campo, a máxima velocidadeestará limitada pelo torque disponível do motor e pelamáxima velocidade periférica das partes girantes domotor (ventilador, rotor, mancais).

Figura 7.5 - Diminuição de torque devido ao aumento de velocidade


7.3.2 Operação acima darotação nominal

104

A potência admissível de um inversor de freqüência édeterminada levando-se em consideração,principalmente, dois fatores:

Altitude em que o inversor será instalado;

Temperatura do meio refrigerante;

Conforme a NBR-7094, as condições usuais de serviço,são:

a) Altitude não superior a 1000 m acima do nível domar;

b) Meio refrigerante (ar ambiente) com temperaturanão superior a 40ºC;

Nos casos em que o inversor deva trabalhar comtemperatura do ar de refrigeração na potêncianominal, maior do que 40ºC e/ou em altitude maior doque 1000m acima do nível do mar, deve-se consideraros seguintes fatores de redução:

EFEITO DA TEMPERATURA AMBIENTEA redução da potência (corrente) nominal do inversorde freqüência, devido à elevação da temperaturaambiente, acima de 40oC e limitada a 50oC, é dada pelarelação e gráfico a seguir:

Fator de redução = 2% / ºC(7.12)

Figura 7.6 - Curva de redução de potência nominal em função doaumento da temperatura


7.3.3 Casos especiais

105

EFEITO DA ALTITUDEInversores funcionando em altitudes acima de1000 m, apresentam problemas de aquecimentocausado pela rarefação do ar e, conseqüentemente,diminuição do seu poder de arrefecimento.

A insuficiente troca de calor entre o inversor e o arcircundante, leva a exigência de redução de perdas, oque significa, também redução de potência. Osinversores tem aquecimento diretamente proporcionalàs perdas e estas variam, aproximadamente, numarazão quadrática com a potência.

Segundo a norma NBR-7094, os limites de elevação detemperatura deverão ser reduzidos de 1% para cada100m de altitude acima de 1000 m.

A redução da potência (corrente) nominal do conversorde freqüência, devido à elevação da altitude acima de1000 m e limitada a 4000 m, é dada pela relação egráfico a seguir:

Fator de redução = 1 % / 100m(7.13)

Figura 7.7 - Curva de redução de potência nominal em função doaumento da altitude


106

O intuito da WEG Automação com este capitulo,é de fornecer dicas ao usuário de inversores defreqüência de como utilizar corretamente oequipamento em algumas das diversasaplicações existentes, e não de explicardetalhadamente cada aplicação citada nesteguia.

Porém para o melhor entendimento do leitor, sefaz necessário uma breve explicação de cadauma das aplicações citadas.

Bombeamento pode ser definido como o efeito deadicionar energia a um fluido para movê-lo de umponto a outro. Como energia é a capacidade deproduzir trabalho, adicioná-la a um fluido permite queo mesmo execute um trabalho, ou seja, fluindo atravésde uma tubulação ou atingindo um ponto com a cotamais elevada. Este efeito é obtido através das bombasque são máquinas operatrizes hidráulicas.

As bombas classificam-se em duas grandes categorias,em função dos métodos mais comuns de aumentar aenergia do fluido que são os equipamentos dedeslocamento positivo ou volumétrico e os de açãocentrífuga ou turbo-bombas.

Porém a grande maioria dos sistemas de bombeamentoutilizam bombas de ação centrifugas, turbo bombas ousimplesmente bombas centrifugas.

Aproximadamente 40% dos motores elétricos utilizadosnas indústrias, são aplicados em algum tipo de bombaou ventilador.

BOMBAS VOLUMÉTRICAS OU DEDESLOCAMENTO POSITIVO

São máquinas em que a movimentação do líquido écausada pela ação direta de um componente mecânicosobre o mesmo, obrigando-o a executar o mesmomovimento desenvolvido pelo componente mecânico.

As principais aplicações para este tipo de bomba são:

7.4 APLICAÇÕESTÍPICAS DEINVERSORES DEFREQÜÊNCIA

7.4.1 Sistemas deBombeamento defluídos

7.4.1.1Definições

7.4.1.2 Classificação


107

Bombeamento de líquidos com viscosidade de 30a 1.000.000 SSU, principalmente os que possuemcaracterísticas lubrificantes

• Indústria Petroquímica: em refinarias nobombeamento de óleo diesel, óleo BPF, óleocru, graxas, asfalto, querosene, gasolina,óleos em geral

• Indústria Química: tintas, vernizes, esmaltes,solventes, resinas, fertilizantes, acetonas,ácidos, cosméticos, detergentes, sabões, bases

• Indústria Alimentícia: Leite, xaropes, melaços,manteiga, geléias, gelatina, glicoses, óleovegetal, cítricos, refrigerantes, cervejarias,óleos essenciais aromáticos

• Indústria Metalúrgica: Máquinas eEquipamentos Hidráulicos, filtros prensa,sistemas de lubrificação, queimadores deóleo, bombeamento de chumbo, mercúrio,etc.

• Indústria de Papel e Celulose, IndústriaFarmacêutica, Indústria Gráfica, IndústriaTêxtil: São mercados com grande utilização dosvários tipos de Bombas de deslocamentopositivo.

CLASSIFICAÇAO DAS BOMBASVOLUMÉTRICAS OU DE DESLOCAMENTOPOSITIVO

As bombas volumétricas/deslocamento positivo sãoclassificadas de acordo com o tipo do órgão mecânicoque produz o movimento e o respectivo movimento, eapresentam-se em dois grandes grupos:

Bombas de Êmbolo ou AlternativasNeste tipo de bomba o movimento do líquido éproduzido por um êmbolo que se desloca atravésde movimento alternativo no interior de um cilindro.


108

Bombas Rotativas

A designação bombas rotativas é genérica poisabrange uma grande variedade de bombas,todas volumétricas, em que o movimento dolíquido é produzido através do movimento derotação de um elemento mecânico que pode ser:

Engrenagens, lóbulos, parafusos, paletasdeslizantes, etc.


Bomba de paletas deslizantes Bomba de paletas flexíveis Bomba de lóbulos triplos

Bomba de engrenagens externas

Bomba de lóbulos simplesBomba de revestimento flexível

Bomba de pistão axial

Bomba de paleta externa ao rotor Bomba de tubo flexível

Figura 7.8 - Bomba de Êmbulo ou alternativa

Figura 7.9 - Bombas Rotativas

109

São máquinas que consistem essencialmente deuma carcaça dentro da qual gira um rotorprovido de pás. A movimentação do líquido éproduzida por forças desenvolvidas na massalíquida.

7.4.1.3 Turbo-Bombas

CLASSIFICAÇÃO DAS TURBO-BOMBAS

As Turbo-bombas são classificadas em função dadireção da resultante do movimento do líquidoem relação ao eixo de rotação do rotor econsistem basicamente em três tipos:

Centrífugas Puras ou RadiaisQuando a direção da resultante do movimento dolíquido é Ortogonal ao eixo de rotação


Figura 7.10 - Turbo-Bomba

110


Curva Tipo “Rising” Curva Tipo “Drooping”

Curva Tipo “Steep”

H > Q

Curva Tipo “Flat”

Q > H

H

Q Q

H

H

H

Q

QH

H

Helico Centrífugas ou Mixed-FlowQuando a direção da resultante do movimento dolíquido é inclinada em relação ao eixo de rotação.

Axiais ou HelicoidaisQuando a direção da resultante do movimento dolíquido é paralela em relação ao eixo de rotação.

CURVA TÍPICA DAS TURBO-BOMBAS

Normalmente podemos representar a relação depressão(H) e vazão(Q) do fluido que este estilo debomba oferece ao sistema pelos gráficos abaixo:

Q Q

O que muda a relação de pressão(H) e vazão(Q) nascurvas apresentadas acima é a construção mecânica dabomba, principalmente a dimensão e forma do rotorque é utilizado na montagem.Podemos ver esta influência da construção dorotor na curva da bomba, pelas figuras a seguir:

Figura 7.11 - Curva típica das turbo bombas

111


Largo

Estreito

Figura 7.12 a -Influência do aumento daquantidade de paletas

Maior Vazão

Menor Vazão

Figura 7.12 b - Influência da área de entradado rotor

Figura 7.12 c - Influência da largura do rotorFigura 7.12 d - Influência do ângulo das paletas

EXEMPLO TÍPICO DE APLICAÇÃO

Devido a grande maioria das aplicações em sistemas debombeamento utilizar turbo bombas, ou simplesmente“bombas centrifugas”, vamos concentrar as informaçõesneste modelo de bomba.

Outro detalhe que devemos prestar atenção nas asaplicações de bombas centrifugas, é que na maioria doscasos não se faz necessário um controle de velocidade,para estes casos podemos utilizar simplesmente umsistema com partida/parada eletrônica suave (Soft-Starter).

Porém nos sistemas onde precisa ser controladaalguma variável do processo (Pressão, Vazão,Nível e etc) a aplicação de inversores defreqüência no acionamento dos conjuntos demoto bombas traz grandes vantagens ao usuário.

112


(*) J função de : Diâmetro da tubulaçãoComprimento da tubulaçãoComprimento equivalentedevido a perdas em joelhos,curvas, válvulas, etc.Vazão ao quadrado (Q2)

O Conjunto moto bomba dimensionado, deveatender a necessidade de consumo do sistemafuncionando com 100% das torneiras abertas,atendendo a demanda de pressão e vazão dosconsumidores.

hrhe

Vál. VazãoVál. RetençãoBombaCentrífugaha

Consumidores

P = Potência Elétrica [kW]Q= Vazão Bombeada [m3/h]ρ= Peso espcífico do fuido (água=1) [kg/dm3]H =Altura (pressão) [m]η = Eficiência da Bomba e Motor

Figura 7.13 a - Gráfico de pressão por vazão do sistema

Onde:Hest = ALTURA ESTÁTICA (desnível de líquido), (m)Hdin = ALTURA DINÂMICA função da perda de carga (*)

Hest

Hdin

H(m)

Q(m3/h)

Sistema com controle de pressão e vazão

Vamos imaginar um sistema onde precisamosabastecer uma série de torneiras com pressão(H) evazão(Q) constante, porém as torneiras são acionadaso tempo todo sem seguir um padrão, mas apesar davariação da necessidade de consumo, o conjunto motobomba, não pode variar a pressão para as torneiras.

Podemos representar o sistema através de uma curvacaracterística que representa a necessidade de pressãocom relação à vazão do sistema com todas as torneirasabertas.

Figura 7.13 b - Sistema com controle de pressão e vazão

113


Agora vamos imaginar que somente 80% das torneirasconsumidoras estão abertas e a demanda de consumodiminui na mesma proporção, desta forma o conjuntomoto bomba precisa reduzir a pressão e vazãofornecidas ao sistema.

Existem várias maneiras de reduzir a pressão e vazãofornecida ao sistema, mas somente 03 (três) delas sãoutilizadas com mais freqüência, são elas os métodos de:

· SISTEMA BY-PASS (RECIRCULAÇÃO)· CONTROLE ATRAVÉS DE VÁLVULAS

(ESTRANGULAMENTO)· VARIAÇÃO DE VELOCIDADE

114

C1 - Curva do SistemaC2 - Curva da BombaH

Figura 7.14 a - Sistema by-pass (recirculação)

Vazão total na bombaVazão através do sistema

Consumidores

1 - Motor2 - Bomba3 - By-Pass

HA

Q


Figura 7.14 b - Gráfico de pressão por vazão do sistema by-pass(recirculação)

Para facilitar o entendimento, vamos analisarcada um dos métodos utilizados separadamente.

Sistema BY-PASS (RECIRCULAÇÃO)

No método de “recirculação” é inserida umaderivação na tubulação, para desviar de volta aotanque de captação, uma parte do fluxo de águaenviado ao sistema, como podemos notar nafigura abaixo.

Porém ao utilizar este método, o usuário forneceao sistema os 80% da carga que os consumidoresestão necessitando, mas aumenta a vazão doconjunto moto bomba, mantendo a potênciaelétrica consumida pelo conjunto moto bomba.

Neste caso o consumo elétrico do conjunto motobomba praticamente não se altera, porém existeo desperdício de energia provocado pela águaque retorna ao tanque de captação depois debombeada. Que pode ser representado pela áreadestacada em vermelho.

115

Controle através de válvulas (estrangulamento)

No método de “estrangulamento” é inserida umaválvula de controle de fluxo na tubulação, para enviarao sistema somente 80% da vazão, como podemosnotar na figura abaixo.

Ao utilizar este método, o usuário insere umaumento de carga ao sistema, através de umaválvula. Os consumidores recebem somente apressão e vazão que estão necessitando, porémocorre um aumento de pressão no conjuntomoto bomba, mantendo a vazão constante.

Desta maneira, existe uma redução de consumode potência elétrica do sistema, comparandocom o método de “recirculação”, mas aindaexiste o desperdício de energia pelo aumento decarga provocado pela válvula parcialmentefechada inserida ao sistema. Esta perda pode serrepresentada pela área destacada em vermelho.


Consumidores

1 - Motor2 - Bomba3 - By-Pass

C1 - Curva do SistemaC2 - Curva da Bomba

Q

Pressão na Bomba

QA

H

Pressão no Sistema

Figura 7.15 a - Sistema de controle através deválvulas. (Estrangulamento)

Figura 7.15 b - Gráfico de pressão por vazão do sistema com controleatravés de válvulas (estrangulamento)

116

Variação de velocidade

No método de “variação de velocidade” éincorporado ao sistema um sensor de pressão oude vazão que envia um sinal analógico aoinversor de freqüência que aciona o conjuntomoto bomba. Como podemos notar na figuraabaixo.

Ao utilizar este método, o usuário envia aosistema somente a demanda requerida pelosconsumidores, porém não é realizado nenhumtrabalho adicional, nem inserido ao sistema umaperda de carga, o que realmente ocorre é umavariação de velocidade na bomba.Movimentando a curva da bomba para o pontoideal de consumo do sistema conforme anecessidade. Não é variada a curva do sistema,como ocorre nos métodos de “recirculação” e“estrangulamento”.

Desta maneira, o sistema consome da redeelétrica exatamente a potência requisitada,levando grande vantagem sobre os métodos de“recirculação” e “estrangulamento” reduzindo apotencia elétrica consumida, em torno de 50% a20%.


C1 - Curva do SistemaC2 - Curva da BombaConsumidores

1 - Motor2 - Bomba3 - Conversor4 - Transm. Vazão (ou Pressão)

H [m]

100 220 300

10

20

30

40

50

60

Q m3

h[ [Figura 7.16 a - Sistema de variação de velocidade Figura 7.16 b - Gráfico de pressão por vazão do sistema com

variação de velocidade

η=100%

η=90%

η=80%

η=70%

η=60%

C2

C2C2

C2C2

C1

117


Ajustes convencionais

O Controle de velocidade do conjunto moto bombaatravés de um inversor de freqüência, necessita dealguns ajustes especiais para otimizar o funcionamentodo sistema.

Porém, os inversores de freqüência da linha WEGpossuem algumas funções especiais incorporadas queauxiliam o usuário de inversor de freqüência a realizaro ajuste para otimizar o sistema, são as funções decurva U/F quadrática e (P.I.D.), vamos analisar cadauma delas para uma melhor explicação.

Função curva U/F quadrática

Esta função tem o objetivo de otimizar o consumo deenergia elétrica do conjunto motor de indução maisinversor de freqüência ao acionar um sistema debombeamento.

Normalmente o inversor de freqüência, envia aomotor à tensão proporcional a freqüência detrabalho desejada, (ver capitulo IV item 4.1).

Porém este controle mantém o conjugado domotor constante e a potência elétrica linear.Mas em sistemas de bombeamento, a demandade torque reduz com o quadrado da redução davelocidade do sistema, conforme demonstradonos gráficos a seguir:

Figura 7.17 - Curva U/F quadrática

C P P

C

Nn N(rpm)

P = C x n

P =f (N)

f (Hz)

U

Un

60

118


Mas ao utilizar o inversor de freqüência com ocontrole U/F linear em sistemas debombeamento, o usuário fornece ao motor maistorque que realmente o motor necessita.

Consumindo da rede elétrica uma potênciamenor que os outros métodos, mas ainda maiordo que realmente o sistema necessita.

Em sistemas de bombeamento, a demanda detorque cai com o quadrado da rotação, comopodemos verificar na figura a seguir:

Ao habilitar a função U/F quadrática nosinversores WEG o usuário consegue otimizar ofornecimento de torque à bomba, fazendo osistema de bombeamento consumir apenas apotência necessária, como podemos observar nosgráficos a seguir:

Figura 7.18 - Controle U/F utilizando inversores de freqüência emsistemas de bombeamento

Figura 7.19 - Controle U/F (conjugado e potência) utilizando inversoresde freqüência em sistemas de bombeamento

P = C x N

P =f (N^3)

C P

Nn N(rpm)

f (Hz)60

CCn

C

6

Região de sobre torque

Enfraquecimento decampo

Região de consumootimizado

- Conjugado da Bomba- Potência elétrica consumida- Conjugado do motor

P

119


O ajuste da função U/F pode ser ajustado demaneira diferente em cada uma das linhas deinversores da WEG. Para a família dos inversoresde freqüência da linha CFW08, basta o usuárioalterar o (parâmetro “202” (P202) para o valor“1” (P202=1) habilitar a curva U/F quadrática).Para a família do CFW09, este ajuste é um poucomais complexo, é preciso alterar o (Valor doparâmetro “202” (P202) para “2” (P202=2)habilitar a curva U/F ajustável) e em seguidaalterar os (parâmetros de “142” até “146”) comos valores descritos na tabela a seguir:

Parâmetro Função do Parâmetro Ajuste recomendado P142 Tensão Máxima 100% Un P143 Tensão Intermediária 30% Un P144 Tensão em 3Hz 8% Un P145 Vel. de início de enfr. de campo Velocidade nominal do Motor P146 Velocidade intermediária ½ da Vel. nominal do motor

Função (PID) proporcional integral ederivativo

Esta função tem o objetivo de evitar oscilações navelocidade do motor ao acionar um sistema debombeamento, mantendo a variável do processo(Pressão e Vazão) o mais estabilizada possível.

Para este sistema funcionar corretamente é necessárioincorporar ao sistema de bombeamento um sensoranalógico de pressão ou vazão, que envia ao inversorde freqüência um sinal de corrente (0/4 – 20mA) outensão (0 – 10Vcc).

A família de inversores de freqüência da WEGreconhece quaisquer dos sinais acima citadospara realizar o controle da pressão ou vazão dosistema.

Porém o tipo de sinal mais utilizado pelosusuários dos inversores de freqüência WEG é osinal analógico de corrente, de (4 – 20mA),apesar dos sensores com saída analógica decorrente de (4 – 20mA) serem mais caros que osoutros sensores com saída analógica de (0 –10Vcc) ou (0 – 20mA).

120

Este fato ocorre por motivo da segurança dosistema. Pois se houver um rompimento noscabos de saída do sensor para o inversor defreqüência, o mesmo pode entender que apressão ou a vazão do sistema esta no mínimo.Dessa forma o inversor de freqüência vaiacelerar o motor até a velocidade máxima, ecaso não exista consumo do sistema debombeamento, pode haver um rompimento dastubulações.

Ao utilizar um sensor com saída analógica decorrente de (4 – 20ma) e houver um rompimentodos cabos de saída do sensor para o inversor defreqüência, o sinal automaticamente cai para ovalor zero.

Caso este fato ocorrer, os inversores defreqüência da linha WEG possuem uma funçãoespecifica nas saídas digitais, para fechar ocontato, caso a corrente que o inversor defreqüência recebe na entrada analógica, sair dafaixa de trabalho de (4 – 20mA), podendoacionar um alarme, ou até mesmo desligar todoo sistema.

Para entender melhor o sistema (P.I.D.) podemosdemonstrar a configuração típica de um sistemade bombeamento com controle de pressão ouvazão através do regulador (P.I.D.) superposto nosoftware de funcionamento dos inversores dalinha WEG, conforme diagrama a seguir:

Consumidores

Sensor de pressão com saída analógica de

corrente de (4 – 20mA).

Inversor de freqüência WEG.

Motor de indução 3Ø WEG.


Figura 7.20 - Configuração típica PID

121


Vamos imaginar que o sensor incorporado aosistema demonstrado acima, seja capaz de medirde “0 até 100mca” de pressão, e o inversor defrequência ao acionar o motor na máximavelocidade máxima, gera no sistema umapressão de “75mca”. Porém o ponto ideal dosistema de bombeamento é a “50mca” esomente em casos críticos com todosconsumidores acionados, o nosso inversor defreqüência chegará a acionar o motor navelocidade máxima.

Nesta situação obrigatoriamente precisamosutilizar a função (P.I.D.) incorporada aosinversores de freqüência da WEG, pois mesmo sehouver o consumo máximo do sistema, o sensorde pressão nunca enviará ao inversor defreqüência um sinal de “20mA” para acelerarinversor de freqüência até a velocidade máxima.Dessa maneira em alguns momentos nossosistema poderá ficar com falta de pressão para ofuncionamento correto.

Porém se o usuário do sistema ativar a função(P.I.D.) superposta ao processador dos inversoresde freqüência da WEG, o sistema passa afuncionar da seguinte maneira:

• Deve ser ajustado o “set point” do sistemapara a pressão ideal de trabalho, como jácitado acima “50mca”. Neste caso osconsumidores do sistema podem alterar ademanda de consumo o tempo todo, que se apressão aumentar ou baixar de “50mca” oinversor de freqüência respondeautomaticamente aumentando ou diminuindoa velocidade do motor de acordo com anecessidade do sistema. Podendo estavelocidade variar entre a máxima e a mínimaou até mesmo desligar o sistema caso omesmo permaneça pressurizado.

Considerando o sistema citado como exemplo.Podemos ativar a função (P.I.D.) dos inversoresWEG simplesmente alterando o (parâmetro “203”(P203) para o valor “1”), ou seja, (P203=1), aoativar este parâmetro, vai aparecer na lista deparâmetros do inversor de freqüência os(parâmetros de “520” até “536”) (P520 até

122


P536). Que devem ser ajustados para o corretofuncionamento do sistema.Para facilitar o entendimento do usuário,colocamos os parâmetros e os valoresrecomendados para o ajuste fino do sistemacitado como exemplo, na tabela a seguir.Mas antes, é necessário uma explicação dofuncionamento do sistema.

Neste sistema como já citado acima, a pressãoideal para o funcionamento é de “50mca”, oinversor de freqüência WEG vai receber um sinalanalógico de (4 – 20mA) do sensor de pressãoque esta instalado dentro da tubulação.

Ao variar o consumo, varia também a pressãodentro da tubulação, ao diminuir esta pressão, oinversor de freqüência vai detectar a quedaautomaticamente por causa do sinal analógicoque vem do sensor e esta ligado na entradaanalógica AI2 do mesmo. O inversor defreqüência vai aumentar a velocidade do motorque aciona a bomba até a pressão serestabilizada dentro dos “50mca” ideal para osistema.

Em sistemas de bombeamento de fluídos, aoaumentar ou diminuir a velocidade da bomba, apressão aumenta ou diminui diretamenteproporcional.

Caso o consumo diminuir, e a pressão aumentardentro da tubulação, o sensor detecta esteaumento de pressão e altera o sinal que estaenviando ao inversor de freqüência, este por suavez vai baixar a velocidade do motor que acionaa bomba. Para diminuir a pressão dentro datubulação, até 25% da velocidade nominal, poisnesta velocidade a bomba instalada já nãoproduz nenhuma vazão no sistema.

Dessa forma o inversor de freqüência vai contar5 segundos e se o consumo não aumentar, elevai desligar o sistema até que o consumoaumente.

123


Parâmetro Função do Parâmetro Ajuste recomendado

P203* Seleção de Funções Especiais* 1 P211* Bloqueio por N= 0* 1* P212* Condição para Saída de Bloqueio por N=0* 0* P213* Tempo com Velocidade Nula* 5(s) P237* Função da Entrada AI2* 3* P239* Sinal Entrada AI2 1* P265* Função da Entrada digital DI3* 15* P520* Ganho Proporcional PID* 1 P521* Ganho Integral PID* 0.043 P522* Ganho Diferencial PID* 0 P523* Tempo Rampa PID* 3 P524* Seleção da Realimentação do PID* 0 P525* Setpoint PID* 50%* P527* Tipo de ação* 0 (Direto)* P291* Velocidade N=0* 25%* P535* Saída N=0 PID* 25%* P536* Ajuste Automático de P525* 1*

(*)Obs.: Estes parâmetros tem um ajuste diferente para cada tipo de sistema.O valor expresso na tabela atende a necessidade do sistema de exemplo.

No parâmetro “P040” dos inversores WEG,podemos visualizar a variável do processo emporcentagem, porém na família do CFW09,podemos alterar este parâmetro e visualizar estavariável como pressão, vazão, temperatura e etc.

No caso do sistema citado como exemplo, ousuário, pode visualizar no “P040” a pressãovariando na tubulação diretamente em “mca”(metros coluna d’água), por exemplo.

Outra vantagem da família do CFW09, é que suaentrada analógica pode reconhecer sinais de (–10 até 10Vcc) ou (–20 até 20mA), podendoatender algumas aplicações onde não é possívelutilizar a família do CFW08.

124


Neste capitulo, veremos a aplicação deinversores de freqüência em sistemas deventilação. O intuito da WEG é demonstrar asvantagens na utilização dos inversores defreqüência nos sistemas de ventilação.

Vale lembrar que nos sistemas de ventilação, sãoutilizados ventiladores e exaustores, porém osaspectos técnicos que serão citados nestecapitulo, valem para os dois.

O que distingue basicamente um ventilador deum exaustor é o sentido em que o ar passa pelosistema em que eles estão aplicados, se amáquina esta retirando o ar do sistema ela é umexaustor, se esta insuflando o ar para o sistema éum ventilador.

São definidos como geradores de fluxo que trabalhamcom fluido no estado gasoso, provocando umadiferença de pressão inferior a 0,20 [kgf/cm2].

Portanto com essa diferença de pressão, a massaespecifica do fluido praticamente não se altera.Desta forma os ventiladores são consideradosmáquinas de fluxo hidráulicas.

Vale ressaltar que aproximadamente 40% dosmotores elétricos utilizados nas indústrias, sãoaplicados em algum tipo de bomba ouventilador.

Os ventiladores / exaustores podem ser classificados dediversas maneiras, mas as classificações mais comunssão de acordo com a pressão de operação ou a formaconstrutiva.

De acordo com a pressão eles são classificadosda seguinte maneira:

7.4.2 Sistemas deVentilação

7.4.2.1 Definições

7.4.2.1 Classificação

125

Baixa pressão: mmCApoucmkgfp 20002,0 2 ≤≤

Média pressão: mmCApmmCAoucmkgfp

cmkgf 80020008,002,0 22 ≤<≤<

Alta pressão: mmCApmmCAoucmkgfp

cmkgf 20008002,008,0 22 ≤<≤<

De acordo com a forma do rotor eles sãoclassificados da seguinte maneira:

• Centrífugos ou radiais;

• Fluxo misto;

• Axiais.

Os ventiladores Centrífugos operam pequenasvazões e grandes pressões. Os ventiladoresMistos operam médias vazões e medias pressões.Os ventiladores Axiais operam grandes vazões epequenas pressões. A figura a seguir mostra osdesenhos dos rotores dos ventiladores Centrífugo(A), Misto (B) e Axial (C).

Centrifugo (A) Misto (B) Axial (C)

A figura a seguir ilustra os tipos de rotores dosventiladores existentes de um fabricantenacional (Aerovento Equipamentos industriais).


Figura 7.21 - Tipos de ventiladores

Centrífugo (A) Misto (B) Axial (C)

126

De acordo com o modo de entrada do fluido norotor são classificados da seguinte maneira:

• Simples sucção;

• Dupla sucção.

O Rotor de simples sucção tem apenas umaentrada de fluído, enquanto o de dupla sucção,denominado de rotor gêmeo, apresenta duasentradas e opera o dobro da vazão. A figuraabaixo ilustra os rotores simples e de duplasucção.

Centrifugo (A) Misto (B) Axial (C)


Figura 7.22 - Tipos de ventiladores

Figura 7.23 - Formas de sucção dos ventiladores

Centrífugo (A) Misto (B) Axial (C)

Simples Sucção Dupla Sucção

127

De acordo com a posição das pás do rotor elessão classificados da seguinte maneira:

• Pás curvadas para traz;• Pás retas;• Pás curvadas para frente.

As figuras a seguir, ilustram os tipos de pás dosventiladores, esta variação no ângulo das pásdos ventiladores altera o rendimento e o ruídogerado pelo ventilador, de acordo com anecessidade, podemos escolher qual delesmelhor nos atende.


O Rotor de pás curvadas para frente, apresentaum baixo rendimento, mas quando é construídocom muitas pás (Ventilador Siroco) permiteoperar vazões de ar maiores com baixasrotações, por este motivo, são utilizados eminstalações de ar condicionado.

CARACTERÍSTICAS DOS VENTILADORES

Vazão volumétrica

É o volume de ar ventilado em um segundo. Nosistema internacional, tem-se a unidade m³/s. Avazão nominal é aquela para a qual o ventilador

Figura 7.24 - Posição das Pás do rotor

Curvadas para trás

Bom rendimento

Pás Retas

Construção simplesrendimento baixo

Curvado para frente

Ruído baixorendimento baixo

128


foi especificado e considera-se, neste caso, o ponto demáximo rendimento.

Pressão

Pressão estática: É a pressão manométrica em umdeterminado ponto do escoamento

Pressão dinâmica: É a pressão devido à velocidadeem um determinado ponto do escoamento

Pressão total: É a soma algébrica da estática mais adinâmica

As unidades de medida de pressão mais comuns de seencontrar em gráficos de ventiladores é o Newton pormetro quadrado (N/m²), milímetros coluna d’água(mmcA) ou metros coluna d’água (mcA).

ROTROTROTROTROTAÇÃO ESPECIFICA DOSAÇÃO ESPECIFICA DOSAÇÃO ESPECIFICA DOSAÇÃO ESPECIFICA DOSAÇÃO ESPECIFICA DOSVENTILADORESVENTILADORESVENTILADORESVENTILADORESVENTILADORES

A rotação específica é uma grandeza que define ageometria ou o tipo de rotor do ventilador maisadequado, no sistema internacional tem-se:

Figura 7.25 - Rotação específica dos ventiladores

p [Kg/m3]Δ Pt[N/m2]Q[m3/s]n[rps]

Massa específica do fluído,Diferença de pressão total,V azão V olumétrica,Rotação,

Mistos AxiaisRadiais ou centrífugas

Ventiladores 300 400 1700

129


CURVCURVCURVCURVCURVAS CARACTERÍSTICAS DOSAS CARACTERÍSTICAS DOSAS CARACTERÍSTICAS DOSAS CARACTERÍSTICAS DOSAS CARACTERÍSTICAS DOSVENTILADORESVENTILADORESVENTILADORESVENTILADORESVENTILADORES

As curvas características dos ventiladores têm umcomportamento diferente para cada tipo. A figura aseguir mostra as curvas características dos ventiladorescentrífugos de pás curvadas para trás, ventiladoresde fluxo misto e os axiais.

Essas curvas representam o comportamento dadiferença de pressão total, da potência de eixo edo rendimento total do ventilador versus avazão volumétrica, operando com rotaçãoconstante.

As curvas dos ventiladores mostram ao projetistauma série de informações que ajudam naespecificação do ventilador ideal para o sistemade ventilação.

Uma informação importante que podemos tirarao analisar esta curva é a do melhor modo quedevemos colocar as válvulas de saída dosventiladores (abertas ou fechadas), paraproteção do motor elétrico que aciona oventilador.

De acordo com o modelo do ventiladorespecificado, recomendamos que a partida sejarealizada da seguinte maneira:

Figura 7.26 - Curvas características dos ventiladores

130


Ventiladores Centrífugos ou radiais: Válvulasfechadas.

Ventiladores Fluxo misto: Válvula aberta oufechada.

Ventiladores Axiais: Válvula aberta.

É importante enfatizar que mesmo que o motorpossua todas as proteções adequadas, esteprocedimento garante um consumo menor deenergia elétrica.

Podemos também ressaltar que o procedimentode fechamento das válvulas é importante paraser utilizado nos métodos de partida direta;Estrela-Triângulo ou com chave de partidaeletrônica suave.

Se o acionamento do motor é feito por uminversor de freqüência as curvas demonstradasacima são alteradas, dispensando o uso doprocedimento de fechamento das válvulas.

CURVCURVCURVCURVCURVA CARACTERÍSTICA DAA CARACTERÍSTICA DAA CARACTERÍSTICA DAA CARACTERÍSTICA DAA CARACTERÍSTICA DAINSTINSTINSTINSTINSTALAÇÃOALAÇÃOALAÇÃOALAÇÃOALAÇÃO

A diferença de pressão total é função do quadrado davelocidade ou do quadrado da vazão. Portanto, nestecaso, a diferença de pressão total esta na forma depressão dinâmica.

Cabe ao projetista especificar corretamente oventilador que vai acionar o sistema, o Projetistadeve selecionar o ponto ideal de rendimento,potência e vazão do ventilador para o sistema. Aseguir vamos sobrepor a curva de um ventiladorsobre a curva do sistema citado.

Figura 7.27 - Curva característica da instalação

p [Kg/m3]Δ Pt[N/m2]V [m3/s]A [m2]g [m/s2]Hp [m]

Massa específica do fluído,Diferença de pressão total,V azão V olumétrica,Área daseção,Aceleração da gavidade,Perda de carga.

Δ Pt = p. v2 + p . g . Hp = f (v2) 2A2

131


É importante ressaltar que nesta análise,consideramos que o ventilador não vai sofrervariação de rotação, caso seja necessário variar avelocidade do ventilador o projetista deveespecificar um ventilador que melhor atenda ospontos de trabalho do sistema.

Quando alteramos a rotação de um ventilador acurva do mesmo, se altera como podemosilustrar na figura abaixo:

3

1

2

1

2

2

1

2

1t

2t

1

2

1

2

PePe ; ; ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

ΔΔ

=nn

nn

pp

nn

VV&

&

Figura 7.28 - Ponto de trabalho do sistema

Figura 7.29 - Pontos de trabalho para diferentes rotações

Curva do Sistema

Rendimento Máximo

P=Ponto de Funcionamenton=nn=Constante

Δ Pt

μt

nt

Pe

ntn

Δ Pt

Δ Ptn

Δ Pcin

Δ Pest

Pent

Vn V

PPen

Pontos A1 . B1 . C1 são homólogos respectivamente a A2 . B2 . C2

n2 >n1n1 = Cte. ____n2 = Cte. _ _ _

Pe

ntΔ pt

Δ pt1

Δ pt2

A2

A1B1 B2

C1C2

Pe1

Pe2

n1n2

nt2nt1

V

132


A alteração de rotação pode acarretar alteraçõesno rendimento e escoamento do ventilador, parase obter os valores dos rendimentos eescoamento de um ventilador é necessáriorealizar ensaios em bancadas de testes emlaboratórios especializados.

O diagrama obtido nestes ensaios sempreapresenta um padrão que pode ser visto nafigura a seguir, as únicas alterações nos gráficosde um ventilador para outro são as alteraçõesnos valores medidos

Ventilador Centrífugo Ventilador Axial

entorenmesmodecurvasmáxttt dim;; 21 ⇒ηηη L

rotaçãomesmadecurvasnnn ⇒421 ;; L

As curvas expressas acima, são conhecidastambém como “curvas de colina” com elaconseguimos identificar o rendimento dosventiladores de acordo com a vazão e a rotação.Em sistemas de bombeamento de fluidos,também podemos traçar curvas semelhantes eretirar as informações de rendimento dasbombas de acordo com vazão, pois bombas eventiladores tem um comportamento muitosemelhante no desempenho, no rendimento eno aspecto de economia de energia.

Figura 7.30 - Curvas de rendimento dos ventiladores de acordo com a vazão e rotação

133


SISTEMA DE VENTILAÇÃO COM CONTROLESISTEMA DE VENTILAÇÃO COM CONTROLESISTEMA DE VENTILAÇÃO COM CONTROLESISTEMA DE VENTILAÇÃO COM CONTROLESISTEMA DE VENTILAÇÃO COM CONTROLEDE PRESDE PRESDE PRESDE PRESDE PRESSÃO E VSÃO E VSÃO E VSÃO E VSÃO E VAZÃOAZÃOAZÃOAZÃOAZÃO

Assim como acontece em sistemas de bombeamento, agrande maioria dos sistemas de ventilação não necessitamde variação da vazão e da pressão de escoamento, paraestes casos podemos utilizar simplesmente um sistemacom partida/parada eletrônica suave (Soft-Starter).

Vale ressaltar que os ventiladores são máquinas girantesde alta inércia e o dimensionamento tanto do motor quevai acionar o ventilador quanto do método de partidaque este motor vai utilizar necessitam de uma analisemais criteriosa. Ao utilizar uma partida eletrônica paraacionamento do motor do ventilador, é comum na maioriados casos superdimensionar a chave de partida eletrônicaem até 200% da corrente nominal do motor. Este fatonão ocorre com o dimensionamento dos inversores defreqüência, em alguns casos podemos considerar uminversor de freqüência até 20% menor que a correntedo motor, pois ao baixar a rotação do ventilador a correntedo motor também diminui, baixando a corrente mediaconsumida da rede.

Porém nos sistemas onde precisa ser controlada algumavariável do processo (Pressão, Vazão, Temperatura e etc.)a aplicação de inversores de freqüência no acionamentodos ventiladores traz grandes vantagens ao usuário.

Este controle da vazão e da pressão do sistema deventilação pode ser feito de diversas maneiras, porémapenas três deles são utilizados com maior freqüência.Podemos reduzir a vazão e a pressão do sistemainstalando aletas reguláveis na entrada do rotor, variandoo ângulo das pás do rotor ou variando a velocidade doventilador utilizando um inversor de freqüência noacionamento do motor que aciona o ventilador.Das três maneiras citadas acima, a utilização de uminversor de freqüência para variar a velocidade doventilador é o método que traz maior vantagem aousuário, pois neste método temos uma redução controladada potência elétrica do motor e um ajuste fino na variáveldo processo (Pressão, Vazão, Temperatura e etc.).As figuras a seguir ilustram os métodos mais comuns decontrole de vazão e pressão em sistemas de ventilação:

134


Válvula conoidal

Figura 7.31 - Rotor duplo com controle da vazão através de duas válvulas conoidais

Figura 7.32 - Ventilador centrífugo com controle de vazão de duas válvulas venezianas

Vávula Conoidal

Veneziana Veneziana

Figura 7.33 - Efeito da abertura e fechamento de válvula na entrada do rotor do ventilador na curva de carga do sistema.

135

Figura 7.34 - Controle de pressão e vazão do ventilador em função do ângulo das pás


Sistemas de ventilação

Vamos imaginar um sistema onde precisamos manteruma estufa com uma temperatura constante, porémexiste um rodízio do material dentro da estufa, e cadavez que este material aquecido é trocado por um maisfrio, a temperatura dentro da estufa cai e para que elaaqueça mais rapidamente, é necessário uma reduçãodo volume de ar insuflado para dentro da estufa.

A seguir esta um desenho ilustrativo do sistema citadoacima:

Figura 7.35 - Estufa sem controle de velocidade

Fluxo de Ar Frio

Válvula de Corrente de Fluxo de

Redutor de Velocidade

Material Aquecido

Fluxo de Ar Quente

Resistência de Aquecimento

136


Para o controle do ar insuflado para a estufa,temos uma válvula instalada na entrada do rotordo ventilador, alterando o fluxo de acordo com atemperatura do sistema. Neste método decontrole de fluxo, não existe redução noconsumo da potencia elétrica consumida, poisao fechar a válvula na entrada do rotor doventilador, inserimos uma carga ao sistema ealteramos a curva do sistema como mostrado nodiagrama abaixo.

Desta forma não existe redução de consumo deenergia elétrica

Podemos calcular o consumo de energia elétricautilizando a formula descrita abaixo.

Considerando que este sistema é acionado por umventilador de mercado, e utiliza como acionamento ummotor padrão WEG de II Pólos,

Figura 7.36 - Gráfico de pressão por vazão da estufa sem controle de velocidade

eltt

elpVP

A ηη .. 22 Δ=

& Pela2 [Kg/m3]Δ Pt2 [N/m2]V [m3/s]nt [%]nel [%]

Potência elétrica consumida no ponto 2,Diferença de pressão no ponto 2,V azão Volumétrica,Rendimento do ventiladorRendimento do motor elétrico

4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

0

Δp (

N/m

2 )

Q (m3/s)0.5 1.0

137

com rendimento de 0,85%. E que o sistema opera 24horas por dia 30 dias por mês, mas no regime deoperação temos que a cada 12 horas de operação elepassa 06 horas trabalhando com a válvula fechadareduzindo a vazão de ar para 70% da vazão nominal doventilador.

Aplicando a formula acima citada, podemos calcular apotencia elétrica consumida neste sistema. Podemosconcluir que no “ponto 1” com a válvula aberta oventilador tem um consumo de 6,89kW e no “ponto2” com a válvula fechada, temos um consumo de5,14kW, esta redução de consumo é devido aoaumento do rendimento do ventilador quando estaoperando com a válvula fechada.

Sistemas de ventilação com controle develocidade

Agora vamos imaginar o sistema citado acima, porémao invés de utilizar uma válvula de controle de vazãona entrada do rotor, vamos substituir por um controlede vazão através da variação da velocidade doventilador utilizando um inversor de freqüênciaacionando o motor elétrico.

Podemos demonstrar esta alteração do sistema atravésda figura abaixo:


Inversor de Freqüência

Material AquecidoResistência de Aquecimento

Redutor de Velocidade

Figura 7.37 - Estufa com controle de velocidade

138

Ao alterar o método de controle de vazão,utilizando um inversor de freqüência, alteramossomente a curva do ventilador e mantemos acurva do sistema sem alterações, por este motivotemos novos pontos de consumo de energiaelétrica. Podemos identificar estes novos pontosde operação no gráfico ilustrado abaixo:

Aplicando a formula para cálculo da potênciaelétrica consumida pelos ventiladores, podemosnotar que o consumo no “ponto 1” não se altera,porém no “ponto 2” temos uma redução deconsumo de 5,14kW para 2,96kW, uma reduçãodo consumo de energia elétrica de 42%,comparado com o método de controle de vazãopor válvula.

Considerando o ciclo de trabalho da estufa,temos uma redução no consumo de energiaelétrica de 2,18kWh.


Figura 7.38 - Gráfico de pressão por vazão da estufa com controle de velocidade

Ponto 1 - Válula aberta

Ponto 2 - Redução de velocidade doventilador

4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

0

Δp (

N/m

2 )

Q (m3/s)

0.5 1.0

139

Em um ano de operação da estufa, considerandoo kWh ao valor de R$0,15 temos uma economiade R$1.412,64 ao substituir o a válvula decontrole de vazão por um inversor de freqüênciano sistema de aquecimento da estufa.

Função Curva U/F quadráticaEsta função tem o objetivo de otimizar o consumo deenergia elétrica do conjunto motor de indução maisinversor de freqüência ao acionar um sistema deventilação. Para os sistemas de ventilação, temos omesmo beneficio da redução do consumo de energiaelétrica, citado no capitulo de aplicação de inversoresem sistemas de bombeamento (ver cap. 7.4.1).

Função (P.I.D.) Proporcional Integral e DerivativoEsta função tem o objetivo de evitar oscilações navelocidade do motor ao acionar um sistema deventilação, mantendo a variável do processo(Temperatura) o mais estabilizada possível.

Para este sistema funcionar corretamente énecessário incorporar ao sistema de ventilaçãoum sensor analógico de temperatura, que envieao inversor de freqüência um sinal de corrente(4 – 20mA).

Ao descrever os ajustes do sistema (P.I.D.) emsistemas de bombeamento (ver cap. 7.4.1), jáforam explicados os motivos pelos quais osusuários preferem trabalhar com o sinal decorrente em sistemas analógicos.

Para explicar melhor o ajuste do o sistema(P.I.D.) superposto aos inversores WEG. Podemosutilizar o mesmo sistema de ventilação da estufailustrada acima conforme figura ilustrada nocapitulo (VI. II).

Vamos imaginar que dentro da estufa existe umsensor incorporado que seja capaz de medir de“0 até 200ºC” de temperatura, porém atemperatura ideal de trabalho da estufa é a“150ºC” e precisa variar o mínimo possível.


140

Nesta situação obrigatoriamente precisamosutilizar a função (P.I.D.) incorporada aosinversores de freqüência da WEG.

Se utilizarmos simplesmente o sinal analógicodo sensor de temperatura sem habilitarmos ocontrole (P.I.D.) o inversor vai operar oventilador na velocidade máxima somentequando a temperatura chegar aos “200ºC”, essatemperatura alta pode danificar o materialinserido na estufa.

Pela descrição do funcionamento do sistemapodemos notar que a estufa passa metade dotempo com o ventilador na máxima rotação.Porém se o usuário do sistema ativar a função(P.I.D.) superposta ao processador dos inversoresde freqüência da WEG, o sistema passa afuncionar da seguinte maneira:

• Deve ser ajustado o “set point” do sistemapara a temperatura ideal de trabalho, como jácitado acima “150ºC”. (aproximadamente 75%do sinal analógico enviado pelo sensor), Nestecaso podemos utilizar a estufa de modonormal, que o inversor de freqüênciaresponde automaticamente aumentando oudiminuindo a velocidade do motor de acordocom a necessidade do sistema. Podendo estavelocidade variar entre a máxima e a mínimaou até mesmo desligar o sistema caso omesmo permaneça com a temperatura abaixodos “150ºC” ideal para o sistema.

Considerando o sistema citado como exemplo.Podemos ativar a função (P.I.D.) dos inversoresWEG simplesmente alterando o parâmetro “203”(P203) para o valor “1”, ou seja, (P203=1), aoativar este parâmetro, vai aparecer na lista deparâmetros do inversor de freqüência osparâmetros de “520” até “536” (P520 até P536).Que devem ser ajustados para o corretofuncionamento do sistema.

Para facilitar o entendimento do usuário,colocamos os parâmetros e os valoresrecomendados para o ajuste fino do sistemacitado como exemplo, na tabela a seguir.


141

Mas antes, é necessária uma explicação dofuncionamento do sistema. Neste sistema comojá citado acima, a temperatura ideal é de“150ºC”, o inversor de freqüência WEG vaireceber um sinal analógico de (4 – 20mA) dosensor de temperatura que esta instalado dentroda estufa.

Ao trocar o material da estufa a temperaturadiminui, o inversor de freqüência vai detectar aqueda de temperatura e automaticamente, porcausa do sinal analógico que vem do sensor eesta ligado na entrada analógica AI2 do mesmo.

O inversor de freqüência vai baixar a velocidadedo motor que aciona o ventilador até atemperatura ser estabilizada dentro dos “150ºC”ideal para o sistema.

O controle de temperatura através da variaçãodo ar insuflado ao sistema, ao aumentar oudiminuir a velocidade do ventilador, atemperatura aumenta ou diminui inversamenteproporcional.

Caso o material estiver frio e a temperaturainterna da estufa diminuir, o sensor detecta estaqueda da temperatura e altera o sinal que estaenviando ao inversor de freqüência, este por suavez vai baixar a velocidade do motor que acionao ventilador, para aumentar a temperaturadentro da estufa. Caso a temperatura continuara diminuir e o ventilador passar a operar commenos de 50% da velocidade nominal do motor.

O inversor vai contar 5 segundos, desligar osistema, até que a temperatura volte a variar.Caso o material inserido aqueça e a temperaturada estufa voltar a subir. O sensor vai alterar osinal enviado ao inversor de freqüência, se atemperatura ultrapassar o setpoint de “150ºC” avelocidade do ventilador vai aumentar atéchegar na velocidade máxima do ventilador.


142

Parâmetro Função do Parâmetro Ajuste recomendado P203* Seleção de Funções Especiais* 1 P211* Bloqueio por N=0* 1* P212* Condição para Saída de Bloqueio por N=0* 0* P213* Tempo com Velocidade Nula* 5(s) P237* Função da Entrada AI2* 3* P239* Sinal Entrada AI2 1* P265* Função da Entrada digital DI3* 15* P520* Ganho Proporcional PID* 2 P521* Ganho Integral PID* 0.004 P522* Ganho Diferencial PID* 0 P523* Tempo Rampa PID* 3 P524* Seleção da Realimentação do PID* 0 P525* Setpoint PID* 75%* P527* Tipo de ação* 1 (Reverso)* P291* Velocidade N=0* 50%* P535* Saída N=0 PID* 50%* P536* Ajuste Automático de P525* 1*

(*)Obs.: Estes parâmetros tem um ajuste diferente para cada tipo de sistema.O valor expresso na tabela atende a necessidade do sistema de exemplo.

No parâmetro “P040” dos inversores WEG,podemos visualizar a variável do processo emporcentagem, porém na família do CFW09,podemos alterar este parâmetro e visualizar estavariável como pressão, vazão, temperatura e etc.

No caso do sistema citado como exemplo, ousuário, pode visualizar no “P040” atemperatura variando diretamente em “ºC”(Graus Celsius), por exemplo.

Outra vantagem da família do CFW09, é que suaentrada analógica pode reconhecer sinais de (–10 até 10Vcc) ou (–20 até 20mA), podendoatender algumas aplicações onde não é possível utilizara família do CFW08.

Conversão de Unidades

1m H2O=0,0999 kgf/cm2=0,09806bar=1,42229psi


143

7.4.3 Ar-Condicionado(Sistemas de Chillerà Água)


Os Chillers à água que usam refrigeração porCompressão de Vapor variam de acordo com ocompressor. Os compressores mais comuns emsistemas como este, são Scroll, Helicoidal eCentrífugo. Chillers tipo Compressão de Vaporusam compressores para mover o refrigerantepelo sistema, onde temos um motor comoenergia de locomoção.Já os Chillers por Absorção utilizam o principiode aquecimento para mover o refrigerante. Nãoé utilizado compressor como fonte de energiapara tal e sim água quente, olho queimando ougás natural.


Figura 7.39 - Chillers

Os chillers à àgua são utilizados freqüentementeem sistemas de ar-condicionado central eprocessos de resfriamento. Eles resfriam a águaque será transportada por um sistema debombeamento através de tubulações. A águapassa pelo tudo dos resfriadores para refrigerar oar que passa nos ventiladores do processo de ar-condicionado. Sistemas com este tipo de soluçãosão comumente chamados de Sistemas de Chillerà Água.Um dos pontos mais importantes quandoestamos projetando um sistema de Chiller à águaé a determinação do tipo que utilizaremos.

Dentre eles destacamos dois mais importantes,que são os Chillers por Absorção e Compressãode Vapor, onde podemos notar a diferença nociclo de refrigeração

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Ciclo de Chiller tipo Compressão de Vapor

Em um ciclo de refrigeração por Compressão de Vaporo refrigerante entra no evaporador em forma de vapor,com baixa pressão misturada com liquido e vapor.

Calor é transferido do ar ou água relativamenteaquecido para o refrigerante, causandorefrigerante liquido para vapor. O vaporresultante sai do evaporador para o compressor,onde é incrementada a pressão e temperaturado vapor refrigerante.

O vapor refrigerante, quente e com alta pressão,deixa o compressor e entra no condensadorresfriado a ar (normalmente trocador de tuboaletado) ou liquido (geralmente trocador casco etubo), onde calor é transferido para o ambientea uma baixa temperatura. Dentro docondensador, o vapor refrigerante condensa paraliquido.

Liquido este que passa pela válvula deexpansão, onde temos uma redução da pressãodo refrigerante, mantendo a pressão para oevaporador.

Nesta baixa pressão, uma pequena porção devapor refrigerante, resfriando o liquido restantepara a temperatura solicitada pelo evaporador. Afria mistura de liquido e vapor refrigerantecaminha então para o evaporador, fechando ociclo.


Figura 7.40 - Ciclo de compressão do vapor

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Tipos de Compressores

O tipo de compressor causa o maior impacto naeficiência e confiabilidade do Chiller à Água deCompressão de Vapor.Seguido desta teoria novastecnologias para compressores foramdesenvolvidos para alcançar esses parâmetrostão importantes para o sistema.

Compressores são equipamentos que elevam apressão do ar através de acionamento mecânico,em geral motor elétrico ou de combustãointerna.Basicamente os compressores de ar seclassificam em dois grupos distintos, de formasemelhante às bombas para líquido.

Deslocamento positivo: a compressão se dá pelaredução física do volume da câmara em intervalosdiscretos. O clássico compressor a pistão (tambémchamado compressor alternativo) é o exemplo maisevidente. Os compressores chamados rotativostambém são de deslocamento positivo, mas aredução de volume pelo movimento de rotação deum conjunto de peças. Os tipos mais conhecidos sãoos de anel líquido, de palhetas, de lóbulos e deparafusos.

Dinâmicos: A compressão se dá pela ação de umrotor ou outros meios que aceleram o ar,aumentando sua pressão total. Podem ser tipoejetor (não muito comum) ou tipo axial oucentrífugo, similar as bombas para água.

CAPACIDADE DE COMPRESSORES

Os parâmetros básicos que definem a capacidade deum compressor são a pressão e a vazão de ar que elepode fornecer. Para a pressão, é comum a unidade bar(=105 Pa) em termos relativos, ou seja, descontada apressão atmosférica padrão (1,01325 bar). Para avazão, é usual a indicação em metro cúbico normal(nm3) por hora. É uma unidade não SI, que emprincípio não deveria ser usada, mas a praxe aindapermanece. Notar que não é uma medida de volume esim de massa, pois é definida como a quantidade de arque ocupa o volume de 1 metro cúbico nas condiçõesnormais (1 atm, 0ºC). Isso equivale a aproximadamente1,293 kg de ar. Outras unidades e condições podem serespecificadas, dependendo do fabricante.


146

Outro parâmetro, que é conseqüência dosanteriores, é a potência do motor. É importantepara o dimensionamento da ligação elétrica. Emprincípio deve ser usada a unidade SI quilowatt(kW). Mas outras como CV e HP são muitousadas.

A seguir algumas considerações sobre os tiposde compressores mais usados:

Compressores Tipo Alternativo

O funcionamento do compressor alternativo consisteem um pistão movendo-se alternadamente no interiorde um cilindro, com as válvulas de aspiração edescarga dispostas convenientemente para permitir asucção e a compressão do fluido refrigerante, verFigura a seguir:

Figura 7.41 - Desenho esquemático de um compressor alternativo

A carcaça do compressor alternativo retém o gásde sucção a baixa pressão. O gás de sucção étrazido para dentro do cilindro do corpo atravésda mufla de sucção pela ação do pistão. O gás écomprimido e bombeado através da mufla dedescarga. Nestes compressores, o conjuntobomba/compressor é montado num sistema desuspensão que o isola da carcaça do compressor.Tal sistema de suspensão garante que ocompressor esteja assentado no óleo delubrificação do compressor. Isto ajuda a manterfrio o gás de sucção durante a passagem docorpo até o cilindro. O lado de descarga dabomba é conectado à saída de descarga docompressor por um longo tubo chamadoserpentina.


147

Compressore Tipo Rotativo

Estes compressores são destinados à aplicação emmodernos aparelhos condicionadores de ar. O sistemarotativo é composto por um rolete que gira emmovimento excêntrico dentro de um cilindro,formando duas câmaras (sucção e descarga),separadas por uma palheta. A sucção e a compressãodo fluido refrigerante ocorrem ao mesmo tempo e deforma contínua, proporcionando melhor desempenhoe menor nível de ruído e vibração, ver Figura 2.

Figura 7.42 - Desenho esquemático de um compressor rotativo

Diferente dos alternativos, a carcaça doscompressores rotativos suporta o gás dedescarga de alta pressão. O gás de sucção épuxado diretamente para dentro do cilindro docorpo, sendo comprimido e então descarregadona carcaça do compressor. Assim, o fluidorefrigerante em alta pressão e alta temperatura,torna a carcaça do compressor rotativo maisquente em relação às do tipo alternativo.Ocompressor rotativo possui menos peças e émenor em tamanho e peso quando comparadoao recíproco. Enquanto nos compressoresalternativos o conjunto da bomba é montado emum sistema de suspensão, nos rotativos oconjunto é fixado à carcaça. Outra característicadestes compressores é o baixo consumo deenergia, resultado da combinação dos itensabaixo:A maneira contínua e simultânea comque acontece a sucção e a compressão do fluidorefrigerante no sistema de bombeamento fazcom que a carga aplicada ao eixo da bomba seja


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mais uniforme, exigindo menos do motorelétrico; O rigoroso critério de acasalamento daspeças, minimizando todas as folgas, propiciauma perfeita montagem dos componentesmecânicos sem haver perdas nos ciclos decompressão e sucção; O processo de sucção se dádiretamente na câmara de compressão, evitandoque o gás troque calor com os demaiscomponentes internos, o que geraria perdas norendimento.

VARIAÇÃO DE VELOCIDADE

A capacidade de um Chiller centrífugo pode sermodulada utilizando um Variador de FreqüênciaAjustável (Inversor de Freqüência).Os Inversoresde Freqüência são utilizados amplamente embombas e ventiladores, e baseado com oresultado de avanço em tecnologia demicroprocessadores para controle de Chillers,podemos aplicar o Inversor nos Chillers a Águacentrífugos.

Usando essa tecnologia com Chiller centrífugopodemos diminuir o trabalho com carga total,melhorando a eficiência. Essa aplicação impactaem decréscimo nos gastos com eletricidade.Ospicos de carga antes causados pela partidadireta serão eliminados, mostrando maiorestabilidade do sistema e garantindo economiareduzindo a rotação do motor para condições decargas baixas.

Certas características favorecem o uso deInversores de Freqüência, como:

• Número reduzido de partidas

• Disponibilidade de resfriamento decondensador de água

• Alto rendimento e maior durabilidade dosistema

• Flexibilidade de operação

Chillers econômicos usam controle de reset paracondensador e temperatura da água, porém,prejudicam em energia desnecessário parabombeamento e resfriamento da torre.


149

Na figura acima temos um exemplo de aplicaçãocom um sistema convencional, utilizandopartida direta, onde em alguns casos obtém-se avazão desejada através de estrangulamento.Método que gera uma perda desnecessária deenergia, não alcançando a mesma performancee economia que um Inversor de Freqüência.

Em geral, para sistemas de Ar Condicionadoprocuramos ter o controle do sistema através deuma malha fechada. Este é um tipo de aplicaçãoonde buscamos, em função da aplicação, manteruma vazão (temperatura, pressão, etc..)constante. Para tal controle utiliza-se umtransmissor de vazão ou pressão fazendo amedição e enviando um sinal analógico (4 à20mA ou 0 à 10V), relativo a unidade a sermedida, para o Inversor de Freqüência. OInversor por sua vez possui um controlechamado PID (Proporcional Integral Derivativo)que é responsável pela busca de ponto ideal(Set Point) para o sistema.

O PID é um controlador interno ao Inversor deFreqüência que compara o sinal vindo do campocom o Set Point determinado pelo usuário, assimde acordo com o estudo da aplicação sãoinseridos valores de PID para a busca davelocidade correta do equipamento.

Para ilustrar um pouco, seguem abaixo osparâmetros necessários para programarmos ocontrole de Malha Fechada:


Figura 7.43 - Gráfico de economia de enrergia elétrica utilizando inversores de freqüência

150


Parâmetro Descrição Opção

133 Referência de velocidade Min 30 HZ 134 Referência de velocidade Máx 60 HZ 203 Seleção de Funções especiais 1 = Regulador PID 220 Seleção Local / Remoto 4 = DI2... DI8 221 Seleção Referência LOCAL 0 = HMI Teclas 223 Seleção Giro LOCAL 0 = Horário 224 Seleção Gira / Para LOCAL 1 = DIx 233 Zona Morta AIx 1 = Ativa 237 Função Sinal AI2 3 = Variável Processo PID

239 Sinal Entrada AI2

0 = 0...10V/0...20mA 1 = 4...20mA 2 = 10...0V/20...0mA 3 = 20... 4mA

263 Função Entrada DI1 1 = Gira / Para 264 Função Entrada DI2 1 = Local / Remoto 520 Ganho Proporcional PID 1.000 521 Ganho Integral PID 0.040 522 Ganho Diferencial PID 0.000 525 Set Point PID 0... 100 % 527 Tipo de Ação 1 = Reverso ( Pressão Velocidade )

Aplicações de AVAC com Inversor de Freqüência

Em aplicações típicas de Ar Condicionado podemos teralém do controle do motor propriamente dito, ocontrole de uma válvula moduladora através de umsinal analógico de saída do Inversor de Freqüência.

Abaixo temos uma ilustração para a aplicação dosistema citado:

Figura 7.44 - Sistema típico de ar-condicionado

151


Como podemos notar, simultaneamente aoscontroles de PID pode-se contar com entradasdigitais para segurança, sinalização do estadode operação, ou até mesmo mudança de SetPoint automaticamente, propiciando umagrande flexibilidade.

Com essa configuração é garantido um controlegeral do sistema de forma centralizada eotimizada.

TIPOS DE CONDENSADORESTIPOS DE CONDENSADORESTIPOS DE CONDENSADORESTIPOS DE CONDENSADORESTIPOS DE CONDENSADORES

A troca de calor fica com o segundo lugar em termosde impacto na eficiência do Chiller a água e uma dasmaiores diferenças nesta perda de calor está naescolha do tipo de Condensador:

• Resfriado à Água

• Resfriado à Ar

Quando comparamos capacidade temos oprimeiro ponto que distingue os dois tipos decondensadores. Um condensador resfriado aágua trabalha em um range de 25 à 1580kW econdensador resfriado a ar são normalmente de35 à 10500 kW.

Figura 7.45 - Tipos de Condensadores

152

Condensadores resfriados à ar tem a capacidade detrabalhar em climas de temperaturas extremamentebaixas, não tendo problemas relacionados com torre deresfriamento nestas condições. Torres de resfriamentorequerem seqüências especiais de controle ou até umrecipiente interno para operação em climas comtemperaturas muito baixas.Para aplicações de processo, assim como central decomputadores ditam normalmente o uso de Chillerresfriado a ar.

Chiller resfriado à Água

Chiller resfriado a água normalmente são mais eficientesem energia.A temperatura de condensação do refrigerante em umResfriador a ar é dependente da temperatura do bulboseco no ambiente, já o resfriador a água depende datemperatura do condensador de água, que por sua vez édependente da temperatura do bulbo úmido noambiente. Desde que a temperatura do bulbo úmido forfrequentemente mais baixa que a do bulbo seco, atemperatura de condensação do refrigerante (e pressão)no Chiller de Resfriador a água pode ser mais baixa queno Resfriador a ar.Uma baixa temperatura decondensação com uma baixa pressão de condensação,significa que o compressor precisa trabalhar muito menose consumir menos energia.

Figura 7.46 - Chiller resfriado à Ar


Chiller resfriado à Ar

A maior vantagem de usar um Chiller resfriado a ar é aeliminação da Torre de Resfriamento. Isto elimina apreocupação e necessidade de manutenção relacionadaa tratamento de água, tubo de condensador, manutençãomecânica da torre, proteção de congelamento e qualidadeda água.

153


Esta vantagem em eficiência pode ser maior nascondições de carga dividida porque a temperatura dobulbo seco tende a cair mais rápido que a do bulbo úmido.Adicionalmente, a vantagem de eficiência de um Chillerresfriado a água é muito menor quando a torre deresfriamento e custo de energia da bomba decondensação são consideradas.

Resumindo a comparação entre Chiller resfriado à águae à ar, a vantagem do Chiller resfriado a ar inclui baixocusto de manutenção, sistema pré-compacto para fácilprojeto e instalação, e melhor operação em baixoambiente. A vantagem de Chiller resfriado a água incluigrande eficiência de energia (no mínimo nas condiçõesde projeto) e uma longa vida útil (pelo fato de resfriadora ar ser instalado ao ar livre e o resfriador a água serinterno).

Chillers de absorção à Água

O ciclo de refrigeração por absorção usa energia de calorcomo primeira força de movimento. O calor pode serfornecido também em forma de vapor ou água quente(Indireto), queima de óleo ou gás natural (direto).

Figura 7.47- Gráfico de eficiência

Figura 7.48 - Chillers de absorção à Água

154

Controle do Jato / Tela: Controle da rotação dabomba de mistura, de modo a manter a relação develocidades do jato de massa e da tela da maquina,constantes.

Até os anos 70, normalmente a bomba de misturaoperava com rotação constante, onde o controle dapressão e vazão após a mesma era feita pela válvula decontrole, conjugado com válvulas de recirculação.

Com a popularização dos acionamentos de velocidadevariável – conversores CA/CC e inversores defreqüência, passou-se a controlar a rotação do motorpara que o fluxo necessário seja fornecido à caixa deentrada, evitando assim desperdícios de energiaelétrica, principalmente em máquinas que temconstantes mudanças de gramatura e velocidade.

7.4.4 Papel e Celulose

7.4.4.1Introdução

Figura 7.49 - Vista Geral da Caixa de Entrada e Mesa Plana

Do tanque da máquina, a massa é bombeada para asucção da bomba de mistura, localizada no circuitoprincipal da máquina denominado de “ApproachFlow”, que tem por função homogeneizar e recalcar ofluxo de suspensão fibrosa, de forma hidraulicamenteestável, através dos sistemas de depuração,atenuadores de pulsação, até a caixa de entrada, comvazão adequada à capacidade de produção damáquina de papel.



Caixa deEntrada

Alimentaçãoda Massa

Lábio

NydrofoilsRolinhos

EsgotadoresTela

FormadoraRolo deSucção

RoloPegador(pick-up)

Rolo Acionador de Tela

Caixasde Sucção

RolosGuia da Tela

FormingBoard

RoloCabeceira

Existem duas principais diferenças entre Ciclo derefrigeração por absorção e por compressão de vapor.A primeira é que o compressor é trocado por umabsorber, uma bomba e um gerador. A segunda é queem adicional ao refrigerante, o ciclo da absorção dorefrigerante usa um fluido secundário chamadoabsorvedor. O restante do sistema é similar.

155

Caixa de entrada: trata-se de um compartimento quetem a largura um pouco menor que a da telaformadora (onde a folha de papel é formada), e quetem a função de distribuir a suspensão de fibras sobrea tela, como uma lâmina contínua, o maisuniformemente possível.

As funções principais da caixa de entrada são:

• Formação de um jato de massa com toda a largurada tela formadora;

• Dispersão uniforme de fibras e aditivos;• Regular a velocidade do jato em função da

velocidade de formação , ou seja, da mesa plana.

Mesa plana é a parte da máquina de papel onde se dáa formação da folha. É constituída de uma mesa comsuporte e colunas de aço, sobre o qual corre a telaformadora, apoiada sobre os elementos desaguadores,rolo de cabeceira, rolo de sucção e rolos guia.

A suspensão de fibras e cargas, ao passar pelos lábiosda caixa de entrada, deságua sobre a tela formadoraque está em movimento.

Figura 7.50 - Jato de massa sendo projetado sobre a tela formadora


156

A relação Jato / Tela, também conhecida como “Ratio”,é dada por:

T

J

vvRatioTJ ==/

onde:vJ = velocidade de saída do jato [m/min]vT = velocidade da tela [m/min]

A relação Jato / Tela pode variar de 0,8 a 1,2. Existem 3condições:

• J/T < 1, ou seja, vJ < vT - condição RUSH (arraste):Nesta situação existe um arrasto do jato. Omovimento relativo entre a tela e a massa diminui onumero de flocos pelo cizalhamento mecânico,contribuindo para uma boa formação e alinhamentodas fibras na direção da máquina.

• J/T = 1, ou seja, vJ = vT - condição TEÓRICO.

• J/T >1, ou seja, vJ > vT - condição DRAG:Neste caso, uma fração da água contida no jatovolta para trás e existe alta probabilidade naformação de flocos de fibras afetando diretamentena formação da folha.


157

APLICAÇÃO DO INVERSOR DE FREQÜÊNCIA

O inversor modelo CFW-09, equipado com placa PLC1,permite o controle a partir da própria IHM do inversor,conforme a figura a seguir, sendo esta a forma maissimples. Conforme a necessidade, permite a instalaçãode IHM dedicada ou ainda, a integração com umsistema supervisório.

A placa PLC1, deve conter o software aplicativoOEM008 Vxx carregado na memória.


Figura 7.51 - Fluxograma de instrumentação

Velocidade da Tela

Caixa de Entrada

Mesa Plana

Ajuste da Relaçãojato/tela

Set Point

Velocidadedo Jato

Rotação daBobina de Mistura

Bomba deMistura

HC

PT

SY

PSC

PIC

CFW-09M3~

PY 2 g.h

ST

Inversor deFreqüência

158

Parâmetro Descrição Faixa de Valores Ajuste de fábrica

Unidade

P 133 Referência de velocidade mínima = Velocidade de pressurização da caixa de entrada

0 a (P 134-1) 90 rpm

P 766 Tempo Amostragem do PID

0 a 10000 416 x 1,2 ms

P 800 Jato / Tela 8 a 12 10 ÷ 10 P 801 Range h cm H2O P 802 Range vT m/min P 803 Ganho Proporcional PID 0 a 32767 60 ÷ 1000 P 804 Ganho Integral PID 0 a 32767 3800 ÷ 1000 P 805 Ganho Derivativo PID 0 a 32767 940 ÷ 1000


Figura 7.52 - Interligação

ParametrizaçãoAlém dos parâmetros normais, segue abaixo algunsparâmetros que merecem destaque:

- Set Point =J/T- Range VT

- Range h- Ganho proporcional- Ganho integral- Ganho derivativo

159


7.4.5 Movimentação deCargas

PONTES ROLANTESONTES ROLANTESONTES ROLANTESONTES ROLANTESONTES ROLANTES

Vantagens da Utilização do Inversor de Freqüência:Podemos avaliar as vantagens da utilização do inversorde freqüência sob os seguintes aspectos:

Eliminação dos impactos elétricos para a redeCom o inversor de freqüência, pelo fato de se manter ofluxo constante no motor (variar freqüência e tensão),consegue-se manter o torque nominal do motor emtoda faixa de rotação, partindo com a corrente deentrada do inversor da ordem ou menor que a correntenominal do motor. Desta forma, com o inversor defreqüência é possível partir cargas pesadas, comtorque elevado do motor, com reflexo para a rede daordem da corrente nominal, eliminando as elevadascorrentes de partidas diretas do motor (da

Figura 7.53 - Pontes rolantes

160


ordem de 7 x In), ou mesmo se comparado com osmotores de anéis (rotor bobinado). O inversor defreqüência elimina esses efeitos que causamafundamentos de tensão, necessidade desobredimensionamento dos dispositivos de comando,cabos e transformador, desligamentos indesejáveis, etc.

Eliminação dos impactos mecânicosO inversor de freqüência permite a programação derampas de aceleração e desaceleração suaves,fornecendo ainda torque elevado, eliminando oschoques mecânicos durante as partidas, trocas develocidade (comparado com a comutação deresistência dos motores de anéis) e paradas suaves,uma vez que o freio mecânico não mais atraca parafrenagem (a frenagem passa a ser elétrica), sendoutilizado apenas para estacionamento e emergência.Desta forma reduz-se drasticamente as paradas paramanutenção ou ajuste das sapatas do freio, quebra deacoplamento, mancais, redutores, bem como maiorfacilidade e precisão de posicionamento das cargas(como por exemplo, sobre a carroceria de caminhões).Todos os ajustes são parametrizáveis, podendo serfacilmente alterados conforme a necessidade (rampasde aceleração, desaceleração, velocidades, etc.). Ográfico abaixo ilustra a redução do custo demanutenção e do tempo de parada por defeitosmecânicos, após a instalação de um inversor defreqüência em uma ponte rolante de 25 toneladas queoperava 24 h por dia em uma siderúrgica de MinasGerais.

161


Economia de energiaRedução no consumo de energia uma vez que apotência do motor (kW) fica “modulada” pela cargaelevada e pela velocidade de trabalho, passando aconsumir apenas o que o processo requerer,eliminando os desperdícios (baixos rendimentos,desperdício e dissipação de calor nos acionamentoscom motores de anéis, etc.).Em aplicações de pontes de produção, com elevadosciclos de operação, torna-se viável a utilização deinversores de freqüência com retificadoresregenerativos, possibilitando além da economia deenergia citada acima, também o retorno para a rede dapotência regenerada no momento da descida efrenagem da carga, quando o motor é tracionado epassa a funcionar como gerador.

Automação do sistemaO inversor de freqüência possibilita a automação dosistema, permitindo a comunicação através de redesfieldbus, trocando informações com um sistemasuperior (CLP, supervisório), permitindo melhoradministração do processo através da monitoração,emissão de relatórios, etc.

Figura 7.54 - Gráfico comparativo de acionamento convencional x inversor de freqüência

162


Facilidade de adaptação de sistema de rádio remoto viabotoeiras ou joystick.

PadronizaçãoPossibilidade de utilização de motores de induçãoconvencionais, facilitando a padronização de motoresda planta, bem como facilitando a manutenção ouaquisição para reposição.

ConfortoRedução do ruído de chaveamento dos contatores eEldros, ruídos e vibrações mecânicas -melhorando oconforto, a segurança e a produtividade do operador,bem como do pessoal de área.

Cuidados no dimensionamentoPara a grande maioria das cargas (bombas,ventiladores, compressores, etc.) o dimensionamentodo inversor de freqüência é feito através da correntenominal do motor elétrico, usando um inversor comcorrente nominal igual ou imediatamente superior(para condições ambientais: temperatura até 40 °C ealtitude até 1000 m).

Este dimensionamento ainda prevê sobrecargas de150% durante 60 seg. a cada 10 min para cargas com“conjugado constante”, ou 120% durante 60 seg. acada 10 min. para cargas com “conjugado variável”.

Para aplicações em pontes rolantes, onde anecessidade de se partir cargas pesadas em tempos deaceleração relativamente curtos, a necessidade de oinversor operar em sobrecarga de modo a vencer ainércia da carga durante a aceleração (oudesaceleração) é certa, além de normalmente o ciclo deoperação da ponte ser bem superior ao suportado pelasobrecarga padrão dos inversores de freqüência.

Desta forma, na grande maioria das vezes, para ocorreto dimensionamento do inversor, deve-se levar emconsideração o ciclo de operação da ponte no pior caso,para um período de 10 minutos, calculando-se o valoreficaz da corrente para este período.

163


O inversor escolhido será, então, para a correnteigual ou superior à corrente eficaz calculada,tomando-se ainda o cuidado de verificar sealguma corrente de sobrecarga do ciclo avaliadonão seja maior que 1,5 vezes a corrente doinversor escolhido. Se for maior, o invesor deveráser sobredimensionado de maneira a atender aeste requisito.

Vale salientar que ainda deve-se levar emconsideração as condições ambientais como aaltitude e a temperatura ambiente, que poderlevar ainda a um sobredimensionamento doinversor:

• Temperatura – 0 a 40°C, ou até 50°C com• Redução de 2% / °C na corrente do inversor• Altitude – 0 a 1000 m, ou até 4000 m com• Redução de 10% / 1000 m na corrente de saída

Especificação dos inversores de freqüência:Com base na experiência adquiria ao longo dosanos, foram estabelecidos alguns fatores quepodem ser utilizados para especificação dosinversores de freqüência a serem utilizados emtodos os movimentos de uma ponte rolante,conforme descrito abaixo.

Movimentos Verticais (Elevação):O inversor de freqüência deverá ser dimensiona-do da seguinte forma:

• Para pontes rolantes com regime de trabalholeve e ambiente não agressivo:IsCFW = 1,15 x InmotorIsCFW – Corrente de saída do InversorInmotor – Corrente nominal do motor

• Para pontes rolantes com regime de trabalhopesado e ambiente agressivo (áreassiderúrgicas):IsCFW = 1,20 x InmotorIsCFW – Corrente de saída do InversorInmotor – Corrente nominal do motor

Importante: Se tiver dúvida quanto ao regime eo ambiente de trabalho, utilize o maior fator(1,20), ou entre em contato com WEG.

164


• O resistor de frenagem deverá serdimensionado da seguinte forma:Presistor = 0,7 x Pmotor (kW)%ED = 100% (percentual de utilização dentrode cada ciclo)Resistência conforme modelo do inversor, vermanual.

Movimentos Horizontais (Translação)• O inversor deverá ser dimensionado da

seguinte forma:IsCFW = InmotorIsCFW – Corrente de saída do InversorInmotor – Corrente nominal do motor

• O resistor de frenagem deverá serdimensionado da seguinte forma:Presistor = 0,4 x Pnmotor (kW)%ED = 50% (percentual de utilização dentrode cada ciclo)Resistência conforme modelo do inversor, vermanual.

Observações Gerais

• O dimensionamento dos resistores pode serotimizado caso disponha da potênciacalculada para o acionamento dosmovimentos da ponte (elevação outranslação). Exemplo: supondo que a potênciacalculada para o acionamento da elevação deuma ponte rolante seja 62 kW, o motor a serutilizado, por questões de padronização daspotências, seria um de 75 kW, nesta situação oresistor de frenagem poderá ser determinadocom a potência calculada, ou seja, 0,7 x 62 =43,4 kW. O mesmo procedimento pode seradotado para os movimentos de translação.

• Para a especificação dos resistores defrenagem deve-se observar as condições deinstalação, vibração, grau de proteção epintura.

• Para a substituição de motores de anéis pormotores standard, utilizar um fator de 1,25. Ocritério de dimensionamento do inversorcontinua sendo o mesmo adotando-se acorrente do novo motor.

165

• Os fatores descritos acima formadeterminados, considerando as seguintescondições ambientes: temperatura: 45°C ealtitude: 1000 m. Para temperatura e oualtitude superiores, considerar os percentuaiscitados no item “Cuidados nodimensionamento”.

• Além dos cuidados com o dimensionamentodo inversor de freqüência, é importantesalientar que, no caso de cargas líquidas,existem normas específicas como a “AISETechnical Report N 0 6 (1996)” queestabelecem os critérios para esta aplicação.

Modelos de inversores de freqüência a seremutilizados:

• Poderá ser utilizado o CFW-08 (comfrenagem), para os movimentos horizontais,junto com o CFW-09, para os movimentosverticais, na mesma ponte, porém, deverá serconsiderado a seguinte possibilidade:

• CFW-09 até 9A, não necessita de resistor defrenagem porque pode ser utilizado o recurso“Optimal Braking”, assim deverá ser avaliadoo custo em relação ao um CFW08 + frenagem.


Figura 7.55 - Exemplos de movimentação de cargas

166

Recursos dos inversores de freqüência utilizadospara o acionamento de pontes rolantes:Os inversores de freqüência WEG possuem diversosrecursos que podem ser utilizados nas mais variadasaplicações. Destacamos, para a aplicação de pontesrolantes, os seguintes recursos:

MultispeedNa grande maioria das vezes, a referência develocidade é feita com este recurso que, através decombinações das entradas digitais, impõe ao motorvelocidades pré programadas, conforme ilustraçãoabaixo.

Rampa “S”:Proporciona mais suavidade nas partidas e paradas.


Figura 7.56 - Gráfico do MultiSpeed

Figura 7.57 - Gráfico Rampa S

167

Redes FieldbusO inversor de freqüência possibilita a automação dosistema, permitindo a comunicação através de redesfieldbus, trocando informações com um sistemasuperior (CLP, supervisório), permitindo melhoradministração do processo através da monitoração,emissão de relatórios, etc.


REDES “FIELDBUS”

. . .

CLP

Figura 7.58 - Comunicação em Rede FieldBus

8INSTALAÇÃO DE INVERSORES DEFREQÜÊNCIA

8.1 Rede de alimentação elétrica

8.2 Fusíveis

8.3 Condicionamento da rede dealimentação

Filtro de rádio-freqüência

Contatores

8.4 Interferência eletromagnética (EMI) Conceitos básicos

8.5 Cabos

8.6 Aterramento

8.7 Dispositivos de saída Relés térmicos

Reatância de saída

8.8 Instalação em painéis - princípiosbásicos

171

Este capítulo tem como objetivoapresentar os componentes einformações gerais necessárias para ainstalação de um inversor defreqüência. A utilização de cadacomponente dependerá de cada casoparticular.

Serão abordados os seguintes tópicos(ver figura 8.1):

Rede de Alimentação

Manobra e proteçãoChave SeccionadoraFusíveis de Alimentação

Condicionamento daAlimentação

Transformador IsoladorReatância de RedeFiltro de Rádio FreqüênciaContatores

Interferência EletromagnéticaEMI Interferência EletromagnéticaRFI Interferência de RF

Aterramento

Cabos

Dispositivos de SaídaRelés TérmicosReatância

Instalação em painéis

INSTALAÇÃO DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA8

Figura 8.1

172

REDE DE ALIMENTAÇÃO DESBALANCEADAOs inversores são projetados para operar em redes dealimentação simétricas. A tensão entre fase e terradeve ser constante, se por algum motivo esta tensãovaria, por exemplo pela influência de algum outroequipamento ligado a rede, será necessário colocar umtransformador de isolação.

Os inversores geralmente não possuem proteção contracurto-circuito na entrada, sendo assim, éresponsabilidade do usuário colocar fusíveis paraproteção. Estes são normalmente especificados nadocumentação técnica.

Geralmente os inversores podem ser ligadosdiretamente a rede de alimentação. Existem, noentanto, certas condições que devem ser levadas emconta na instalação de um inversor, sendo necessária autilização de transformadores isoladores e/oureatâncias de rede.

Exemplos:

A rede elétrica experimenta freqüentes flutuaçõesde tensão ou cortes de energia elétrica(transformador isolador / reatância).

A rede elétrica não tem neutro referenciado ao terra(transformador isolador)

A rede tem capacitores para correção de fator depotência não conectados permanentemente. Istosignifica que o banco de capacitores estará sendoconectado e desconectado da redepermanentemente (reatância de rede). Deve selevar em conta que a colocação de uma reatância derede reduz a tensão de alimentação emaproximadamente 2 a 3%.

As reatâncias de rede são utilizadas também para:Minimizar falhas no inversor provocadas porsobretensões transitórias na rede de alimentação

Reduzir harmônicas

INSTALAÇÃO DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA88.1 REDE DE

ALIMENTAÇÃOELÉTRICA

8.2 FUSÍVEIS

8.3 CONDICIONAMENTODA REDE DEALIMENTAÇÃO

173

Melhorar o fator de potência

Aumentar a impedância da rede vista pelo inversor.

FILTRO DE RÁDIO-FREQÜÊNCIAOs filtros de rádio freqüência são utilizados na entradados inversores para filtrar sinais de interferência (ruídoelétrico) gerado pelo próprio inversor, que serãotransmitidas pela rede e poderiam causar problemasem outros equipamentos eletrônicos.

Na grande maioria dos casos não são necessários poisos inversores WEG já possuem internamente um filtrona entrada que evita problemas causados porInterferência Eletromagnética (EMI). Caso sejanecessário, devem ser montados próximos aalimentação do inversor, estando tanto o inversor comoo filtro mecanicamente sobre uma placa de montagemmetálica aterrada, havendo bom contato elétrico entrea chapa e os gabinetes do filtro e inversor (ver figura8.3).

CONTATORESCom a finalidade de prevenir a partida automática domotor depois de uma interrupção de energia, énecessário colocar um contator na alimentação doinversor ou realizar algum intertravamento nocomando do mesmo. O contador também permite umseccionamento remoto da rede elétrica que alimenta oinversor.

CONCEITOS BÁSICOS

O que é EMI?A radiação eletromagnética que afeta adversamente odesempenho de equipamentos eletro-eletrônicos éconhecida geralmente por EMI, ou InterferênciaEletromagnética. Muitos tipos de circuitos eletrônicossão suscetíveis a EMI e devem ser protegidos paraassegurar seu correto funcionamento. Da mesmaforma, emissões irradiadas desde dentro dosequipamentos eletrônicos podem prejudicar ofuncionamento dos mesmos ou de outrosequipamentos que se encontrem perto destes.


8.4 INTERFERÊNCIAELETROMAGNÉTICA(EMI)

174

Para assegurar o correto funcionamento deequipamentos eletrônicos, as emissõeseletromagnéticas produzidas por equipamentoscomerciais não devem exceder níveis fixados pororganizações que regulamentam este tipo de produtos.

Em que consistem as EMIs?A radiação eletromagnética são ondaseletromagnéticas formadas por dois campos: umcampo elétrico (“E”) e um campo magnético (“H”)que oscilam um a 90 graus do outro. A relação de “E”para “H” é chamada a impedância de onda. Umdispositivo que opera com alta tensão e baixa correntegera ondas de alta impedância (campos “E”).Reciprocamente, se um dispositivo opera com correnteselevadas comparado a sua voltagem, gera campos debaixa impedância (campo “H”).

A importância da impedância de onda é posta emevidência quando uma onda de EMI encontra umobstáculo tal como uma proteção de metal. Se aimpedância da onda é muito diferente da impedâncianatural da proteção, a maior parte da energia érefletida e a energia restante é transmitida e absorvidaatravés da superfície .

As emissões eletromagnéticas (EMI) da maioria dosequipamentos comerciais são tipicamente de altafreqüência e alta impedância. A maior parte do campoemitido é do tipo “E”. Os metais possuem baixaimpedância por causa de sua alta condutividade. Éassim que as ondas eletromagnéticas produzidas porcampos “E” são refletidas por proteções de metal.Contrariamente, ondas de baixa impedância (campo Hdominante) são absorvidas por uma proteção de metal.

Como proteger os equipamentos da EMI?Para proteger os equipamentos é necessário fazer umablindagem. Entende-se por blindagem a utilização demateriais condutivos para absorver e/ou refletir aradiação eletromagnética, causando uma abruptadescontinuidade no caminho das ondas. Como já foicomentado para ondas de baixa freqüência a maiorparte da energia é refletida pela superfície dablindagem, enquanto que a menor parte é absorvida.Para ondas de alta freqüência geralmente predomina aabsorção.


175

O desempenho da blindagem é uma função daspropriedades e configuração do material empregado(condutividade, permeabilidade e espessura), dafreqüência, e da distância da fonte de radiação àproteção (blindagem).

Aterramento e BlindagemO aterramento de um equipamento é de extremaimportância para o seu correto funcionamento, devidoa segurança e a blindagem eletromagnética.

Todas as partes condutoras de um equipamentoelétrico que podem entrar em contato com o usuário,devem ser aterradas para proteger os mesmos depossíveis descargas elétricas. Quando um equipamentoestá corretamente aterrado, todas as partes condutorasque podem entrar em contato com o usuário tem queter uma diferença de potencial de zero volts a respeitodo aterramento.

A blindagem dos equipamentos é realizadanormalmente com placas metálicas formando umgabinete ou caixa. Estas devem estar ligadas umas asoutras através de materiais condutores e todascorretamente aterradas.

Quando é necessária a blindagem eletromagnética?Todo equipamento que gera ondas EMI (exemplo:transistores chaveando cargas a alta freqüência e comaltas correntes – inversores) devem possuir blindagemeletromagnética e esta deve estar corretamenteaterrada. Principalmente quando são utilizados emconjunto com outros equipamentos eletrônicos.

Blindagens eletromagnéticas típicas:Gabinetes metálicos utilizados em equipamentoseletrônicos provêem bons níveis de blindagemeletromagnética, a qualidade desta blindagemdepende do tipo de metal e espessura utilizada nafabricação dos gabinetes. Plástico e outros materiaisnão condutores, quando utilizados como gabinetes,podem ser metalizados com pinturas condutivas,camadas de filme metálico, etc.

Portas, aberturas, janelas, painéis de acesso, e outrasaberturas em gabinetes são um caminho de entrada esaída das EMIs. Sendo assim é necessário projetaradequadamente este tipo de aberturas para minimizara radiação emitida e absorvida.


176

Cabos - Os sinais elétricos transmitidos pelos cabospodem emitir radiação eletromagnética e tambémpodem absorver radiação (se comportam comoantenas) provocando falsos sinais que prejudicarão ofuncionamento do equipamento. É assim que existemcabos especiais com blindagem para minimizar estetipo de interferências.

Os inversores WEG possuem boa imunidade ainterferência eletromagnética externa. É necessárioporém seguir estritamente as instruções de instalação(ex.: o gabinete precisa ser aterrado).

Se perto do equipamento houver contatores, seránecessário instalar supressores de transientes nasbobinas dos contadores.

O cabo de conexão do inversor com o motor é uma dasfontes mais importantes de emissão de radiaçãoeletromagnética. Sendo assim é necessário seguir osseguintes procedimentos de instalação:

Cabo com blindagem e fio-terra, como alternativapode ser usado eletroduto metálico com fiaçãocomum interna.

Blindagem ou eletroduto metálico deve ser aterradoconforme figura 8.1.

Separar dos cabos de sinal, controle e cabos dealimentação de equipamentos sensíveis.

Manter sempre continuidade elétrica de blindagem,mesmo que contatores ou relés térmicos sejaminstalados entre conversor e o motor.

Cabos de Sinal e Controle:

Cabo blindado aterrado ou eletroduto metálicoaterrado;

Separação da fiação de potência;

Caso necessário, cruzamento de cabos, fazê-lo a 90º.

Caso necessário seguirem na mesma canaleta, usarseparador metálico aterrado.


8.5 CABOS

177

Cabos paralelos (potência e sinais de controle)separados conforme tabela:

Afastar os equipamentos sensíveis a interferênciaeletromagnética (CLP, controladores de temperatura,etc) dos conversores, reatâncias, filtros e cabos domotor (mínimo em 250 mm).


Figura 8.2 - Instalação de equipamentos

MODELOS COMPRIMENTO DA FIAÇÃO DISTÂNCIA MÍNIMA(m) DE SEPARAÇÃO (mm)

Corrente de Saída < 25A ≤ 100 100≤ 24A > 100 250

Corrente de Saída > 25A ≤ 30 100≥ 28A > 30 250

178

Aterramento em um Único Ponto

Filtro + conversor + motor (ver figura 8.2).

O motor pode também ser aterrado na estrutura damáquina (segurança).

Nunca utilizar neutro como aterramento.

Não compartilhe a fiação de aterramento com outrosequipamentos que operem altas correntes (motoresde alta potência, máquina de solda, etc).

A malha de aterramento deve ter uma resistênciaL < 10 Ohms

Recomenda-se usar filtros RC em bobinas decontatores, solenóides ou outros dispositivos similaresem alimentação CA. Em alimentação CC usar diodo deroda livre.

Conexão de Resistores de Frenagem Reostática

Cabo com blindagem aterrada ou eletrodutometálico aterrado.

Separado dos demais.

A rede elétrica deve estar referenciada ao terra (neutroaterrado na subestação).

8.6 ATERRAMENTO


179


Figura 8.3 - Montagem típica “CE” em placa metálica

RELÉS TÉRMICOSOs inversores possuem normalmente proteção contrasobrecorrentes que tem como finalidade proteger omotor. Quando mais de um motor é acionado pelomesmo inversor será necessário colocar um relétérmico de proteção em cada motor. Como o sinal desaída do inversor é chaveado a altas freqüências,podem acontecer disparos nos relés, mesmo sem estesterem atingido a corrente nominal de disparo. Para istonão acontecer é necessário aumentar a corrente dedisparo do relé em aproximadamente 10% da correntenominal do motor.

8.7 DISPOSITIVOS DESAÍDA

180

REATÂNCIA DE SAÍDAQuando a distância entre motor e inversor é grande(valor dependente do tipo de motor utilizado) podemocorrer:A - Sobretensões no motor produzidas por um fenômeno

chamado de onda refletida.B - Geração de capacitâncias entre os cabos de potência

que retornam para o inversor produzindo o efeito de“fuga a terra”, bloqueando o inversor.

Este tipo de problemas pode ser solucionado utilizandouma reatância entre o motor e o inversor. Estareatância devem ser projetada especialmente paraaltas freqüências, pois os sinais de saída do inversorpossuem freqüências de até 20 kHz.

As fiações blindadas nos painéis devem ser separadasdas fiações de potência e comando.Os sinais analógicos de controle devem estar em cabosblindados com blindagem aterrada em apenas umlado, sendo efetuado sempre do lado que o sinal égerado conforme figura 8.4.

Figura 8.4 - Instalação em painéis

Os sinais de encoder e comunicação serial devem seraterrados conforme orientação específica no manual doequipamento, o qual estará representado no projeto.Os cabos de aterramento de barras de (“0V” e malhas)devem ser maior ou igual a 4 mm2.


8.8 INSTALAÇÃO EMPAINÉIS - PRINCÍPIOSBÁSICOS

181

INSTALAÇÃO DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA8Os cabos de saída de potência dos conversores devemser separados das demais fiações dentro do painel.Quando não é possível, devem cruzar-se a noventagraus.

Os cabos de entrada de sinais de transdutores tipoisoladores galvânicos devem ser separados dos cabosde saída de sinal dos mesmos.

Os aterramentos dos equipamentos devem serefetuados rigorosamente conforme tabela de fiaçãoque, por sua vez, deve estar rigorosamente conformeprojeto, ou seja, somente devem ser efetuados osaterramentos indicados no projeto, exceto osaterramentos de estrutura, placas, suporte e portas dopainel.

Conecte diferentes partes do sistema de aterramento,usando conexões de baixa impedância. Uma cordoalhaé uma conexão de baixa impedância para altasfreqüências. Mantenha as conexões de aterramento asmais curtas possíveis.

9LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIAWEG

9.1 Introdução

9.2 Inversor de freqüência CFW-10



9.5 Inversor de freqüência MVW-01

185

9.1 INTRODUÇÃO

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9Como sabemos, os inversores de freqüência tem porfinalidade controlar a variação de velocidade demotores elétricos de indução trifásicos para aplicaçõesnos mais diversos segmentos industriais.

A linha de inversores de freqüência WEG representa oestado da arte em tecnologia de acionamento demotores elétricos de indução trifásicos,disponibilizando funções e recursos que permitemproteger e controlar os motores elétricos de formaextremamente facilitada e eficaz. Trabalhando comcontrole escalar ou vetorial, os inversores defreqüência WEG tem como principais aplicações:

Agitadores e Misturadores;

Bombas Centrifugas;

Bombas Dosadoras de Processos;

Esteiras Transportadoras;

Filtros Rotativos;

Granuladores e Pelotizadoras;

Máquinas de Corte e Solda;

Máquinas de Papel;

Mesas de Rolo;

Secadores e Fornos Rotativos;

Ventiladores e Exaustores;

Utilizando as mais avançadas técnicas de controlevetorial de fluxo, os inversores vetoriais permitemcontrolar, além da velocidade, o torque do motor,proporcionando:

Elevada precisão de velocidade;

Elevada precisão de torque;

Otimização do torque de partida;

Excelente dinâmica;

Tempo de resposta extremamente reduzido.

Estas características, aliada ao uso de motores deindução trifásicos permitem que os inversores defreqüência sejam utilizados em aplicações onde, até

186

data recente, somente se utiliza motores de correntecontínua, como:

Bobinadores e Desbobinadores;

Rebobinadeiras de Papel;

Elevadores e Transportadores de Cargas;

Extrusoras;

“ Spindle “ em Máquinas-ferramenta;

Sistemas Multimotores sincronizados;

Guinchos, Guindastes e Pontes Rolantes;

Laminadores de Aço;

Ou seja, consegue-se reduções significativas de custosampliando-se os níveis de controle necessários ámáquina ou processo.

A linha de inversores de freqüência WEG foi concebidapara atender às necessidades de mercados exigentescomo os mercados norte-americano e europeu. Emdecorrência desta concepção, seus produtosencontram-se certificados com os selos UL (EUA), cUL(Canadá) e CE (Comunidade Européia). Os recursosdisponíveis variam de acordo com a família.

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9

187

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG99.2 INVERSOR DE

FREQÜÊNCIACFW-10

Destinados ao controle e variação da velocidade demotores elétricos de indução trifásicos, os inversoresda linha CFW-10 reúnem design moderno comtecnologia mundial, onde destacam-se o alto grau decompactação e facilidade de programação.

De simples instalação e operação, este produto dispõede recursos já otimizados em software, através deinterface homem-máquina local, que o habilitam parautilizações em controles de processos e máquinasindustriais.

BENEFÍCIOSÓtima relação custo/benefícioControle com DSP (Digital Signal Processor) permiteuma sensível melhora no desempenho do inversorEletrônica com componentes SMDModulação PWM Senoidal - Space Vector ModulationMódulos IGBT de última geraçãoAcionamento silencioso do motorInterface com teclado de membrana táctil (local)Programação flexívelDimensões compactasInstalação e operação simplificadasAlto torque de partida

PRINCIPAIS APLICAÇÕESBombas centrífugasBombas dosadoras de processoVentiladores / ExaustoresAgitadores / MisturadoresEsteiras transportadorasMesas de rolosSecadoresFiltros rotativosMáquinas de corte e solda

Figura 9.1 - CFW-10

188

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9BLBLBLBLBLOCODIAGRAMAOCODIAGRAMAOCODIAGRAMAOCODIAGRAMAOCODIAGRAMA

TABELA DE ESPECIFICAÇÕES - CFW-10

1,6

2,6

4,0

1,6

2,6

4,0

7,3

10,0

1

1

2

1

1

1

2

3

220

132 95 121 0,9

INVERSOR CFW-10

Alimentação

Tensãode

RedeIn Saída

(A)

Dimensões(mm)

Motor Máximo Aplicável

ModeloTensão

(V)Potência

Peso(kg)

Alturacv kW Largura Profund.Mec.

Monofásica

161 115 122 1,5

132 95 121 0,9

161 1,5

191 1,8115 122

110-127

200-240

CFW100016S1112PSZ

CFW100026S1112PSZ

CFW100040S1112PSZ

CFW100016S2024PSZ

CFW100026S2024PSZ

CFW100040S2024PSZ

CFW100073S2024PSZ

CFW100100S2024PSZ

0,25 0,18

0,5 0,37

1,0 0,75

0,25 0,18

0,5 0,37

1,0 0,75

2,0 1,50

3,0 2,20

Notas: As potências máximas dos motores, na tabela acima, foram calculadas com base nos modelos WEG de 2 e 4 pólos.Para motores de outras polaridades (ex.: 6 a 8 pólos), outras tensões (ex.: 230V) e/ou motores de outros fabricantes,especificar o inversor através da corrente nominal do motor.

Figura 9.2 - Blocodiagrama CFW-10

Versão Plus

Versão Stardard e Plus

Versão Stardard e PlusVe

rsão

Sta

rdar

d, P

lus e

Cle

an

189

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9CODIFICAÇÃO

1 Inversor de Freqüência Série CFW-10

2 Corrente Nominal de Saída:

0016 1,6 A0026 2,6 A0040 4,0 A0073 7,3 A0100 10,0A

200-240 V

0016 1,6 A0026 2,6 A0040 4,0 A

110-127 V

3 Fases de AlimentaçãoS = monofásico

4 Tensão de Alimentação1112 = 110-127 V2024 = 200-240 V

5 Língua do ManualP = portuguêsE = inglêsS = espanhol

6 OpcionaisS = standardO = com opcionais

7 Cartão de Controle00 = standardCL = cleanPL = plus

8 Hardware Especial00 = não temHx = hardware especial versão X

9 Software Especial00 = não temSx = software especial versão X

Ex.: CFW100040S2024PSZInversor de Freqüência Série CFW-10 de 4,0 A, alimentação monofásicaem 200-240 Vca, manual em português.

10 Final do código

CFW10 0040 S 2024 P O 00 00 00 Z

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

190

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS - CFW-10

ALIMENTAÇÃO

GRAU PROTEÇÃOCONTROLE

ENTRADAS

SAÍDAS

SEGURANÇA

INTERFACEHOMEM-MÁQUINA(HMI)

CONDIÇÕESAMBIENTE

ACABAMENTOCONFORMIDA-DES/NORMAS

RECURSOS

Tensão

FreqüênciaCos ϕ (Fator de deslocamento)

Tipo de alimentaçãoMétodo de controle

ChaveamentoVariação de freqüênciaResolução de freqüênciaAcuracidade (25oC ± 10oC)Sobrecarga admissívelAnalógicas

DigitaisRelé

Proteções

Comando

Supervisão (leitura)

TemperaturaUmidadeAltitudeCorCompatibilidadeEletromagnéticaBaixa tensãoFunções Especiais

110 - 127V: 110 / 127 V (+10%, -15%)200 - 240V: 200 / 220 / 230 / 240 V (+10%, -15%)

50 / 60 Hz +/- 2 Hz ( 48 ... 62 Hz )Maior que 0,98

IP 20Fonte Chaveada

Modulação PWM senoidal (Space Vector Modulation),tensão imposta V / F linear ou quadrático (escalar)

Transistores IGBT – Frequências ajustáveis de 2,5 KHZ até 15 KHZFaixa : 0 ... 300 Hz

Ref. Analógica: 0,1% de Fmáx. e Ref. Digital: 0,01 Hz (f<100Hz); 0,1Hz (f>100Hz)Ref. Analógica: 0,5% e Ref. Digital: 0,01%

150% durante 60 seg. a cada 10 min. (1,5 x Inom.)1 entrada isolada 0...10 V, - 1 entrada isolada 0...10 V,0...20 mA ou 4...20 mA 0...20 mA ou 4...20 mA

4 entradas isoladas programáveis1 saída programável, - 1 saída programável, 1 1 contato reversível (NA/NF) contato reversível (NA/NF)Opções de programação: Is > Ix ; Fs > Fx ; Fe > Fx ; Fs = Fe ; Run; Sem erros

Sobretensão e subtensão no circuito intermediárioSobretemperatura no dissipador

Sobrecorrente na saídaSobrecarga no motor ( i x t )

Erro de hardware, defeito externoCurto-circuito na saídaErro de programação

Liga / Desliga , Parametrização ( Programação de funções gerais )Incrementa / Decrementa Freqüência ( Velocidade )

- - Potenciômetro pata ajuste de velocidadeFreqüência de saída no motor ( Hz )Tensão no circuito intermediário ( V )

Valor proporcional à freqüênciaTemperatura do dissipador

Corrente de saída no motor ( A )Tensão de saída no motor ( V )Mensagens de Erros / Defeitos

0 ... 50 °C ( sem redução na corrente de saída )5 ... 90% sem condensação

0 ... 1000 m ( até 4000 m com redução de 10% / 1000 m na corrente de saída )Cinza Ultra Fosco - Padrão WEG 205E1404

EMC diretiva 89 / 336 / EEC – Ambiente Industrial (Filtro opcional)Norma EN 61800-3 ( EMC - Emissão e Imunidade )LVD 73/23/EEC - Diretiva de Baixa Tensão / UL 508C

Monofásica

Modelo CFW-10 - Standard CFW-10 - Clean CFW-10 - Plus

Standard

Interface Homem-Máquina incorporada - Display de LED’s 7 segmentosSenha de habilitação para programação

Auto-diagnóstico de defeitos e Auto-ResetIndicação de grandeza específica (programável)Compensação de escorregamento (controle V/F)

I x R manual e automáticoCurva V/F linear e quadrática ajustáveis

Função JOG (impulso momentâneo de velocidade)Rampas linear e tipo “S” e dupla rampa

Rampas de aceleração e desaceleração (independentes)Frenagem CC (corrente contínua)

Função Multi-Speed (até 8 velocidades pré-programadas)Seleção do sentido de rotação

Seleção para operação Local / Remoto

191


FREQÜÊNCIACFW-08

Destinados ao controle e variação da velocidade demotores elétricos de indução trifásicos, os inversoresda linha CFW-08 reúnem design moderno comtecnologia estado da arte mundial, onde destacam-se oalto grau de compactação e o elenco de funçõesespeciais disponíveis.

De simples instalação eoperação, este produtodispõe de recursos jáotimizados em software,facilmente parametrizáveisatravés de interfacehomem-máquina simples,que habilitam-no parautilização em controle deprocessos e máquinasindustriais. Além disto,utilizando técnicas decompensação de distorçãode tempo morto, o CFW-08Plus evita instabilidade nomotor e possiblita oaumento de torque embaixas velocidades.

BENEFÍCIOSControle com DSP (Digital Signal Processor) permiteuma sensível melhora no desempenho do inversorTecnologia estado da arteEletrônica com componentes SMDControle Escalar ou Vetorial SensorlessModulação PWM Senoidal - Space Vector ModulationMódulos IGBT de última geraçãoAcionamento silencioso do motorInterface com teclado de membrana táctil(HMI padrão e remota)Programação flexívelDimensões compactasInstalação e operação simplificadasAlto torque de partidaKit para instalação em eletrodutosOpção de filtros EMC interno (classe A) e externo(classe B)

Figura 9.3 - CFW-08

192

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9PRINCIPAIS APLICAÇÕES

Bombas centrífugasBombas dosadoras de processoVentiladores / ExaustoresAgitadores / MisturadoresExtrusorasEsteiras transportadorasMesas de rolosGranuladores / PeletizadorasSecadores / Fornos rotativosFiltros rotativosBobinadores / DesbobinadoresMáquinas de corte e solda

CFW-08

BLOCODIAGRAMA

Figura 9.3 - Blocodiagrama CFW-08

(1) Somente disponivel na mecânica 4(2) Cartão de controle A2

193

TABELA DE ESPECIFICAÇÕES - CFW-08

Notas:1) As potências máximas dos motores, na tabela acima, foram calculadas com base nos modelos WEG de 2 e 4 pólos. Para motores deoutras polaridades (ex.: 6 a 8 pólos), outras tensões (ex.: 230V, 400V e 460V) e/ou motores de outros fabricantes, especificar o inversoratravés da corrente nominal do motor.* Os inversores de frequência das mecânicas 2 e 3 possuem frenagem reostática, somente a mecânica 1 não possui.


CFW080016S2024PSZ

CFW080026S2024PSZ

CFW080040S2024PSZ

CFW080016B2024PSZ

CFW080026B2024PSZ

CFW080040B2024PSZ

CFW080073B2024PSZ

CFW080100B2024PSZ

CFW080070T2024PSZ

CFW080160T2024PSZ

CFW080170T2024POH3Z

CFW080220T2024PSZ

CFW080280T2024PSZ

CFW080330T2024PSZ

CFW080010T3848PSZ

CFW080016T3848PSZ

CFW080026T3848PSZ

CFW080040T3848PSZ

CFW080027T3848PSZ

CFW080043T3848PSZ

CFW080065T3848PSZ

CFW080100T3848PSZ

CFW080130T3848PSZ

CFW080160T3848PSZ

CFW080240T3848PSZ

CFW080300T3848PSZ

CFW080010T3848PSZ

CFW080016T3848PSZ

CFW080026T3848PSZ

CFW080040T3848PSZ

CFW080027T3848PSZ

CFW080043T3848PSZ

CFW080065T3848PSZ

CFW080100T3848PSZ

CFW080130T3848PSZ

CFW080160T3848PSZ

CFW080240T3848PSZ

CFW080300T3848PSZ

1,6

2,6

4,0

1,6

2,6

4,0

7,3

10,0

7,0

16,0

17,0

22,0

28,0

33,0

1,0

1,6

2,6

4,0

2,7

4,3

6,5

10,0

13,0

16,0

24,0

30,0

1,0

1,6

2,6

4,0

2,7

4,3

6,5

10,0

13,0

16,0

24,0

30,0

1

1

1

1

1

1

2*

2*

1

2*

2*

3*

4*

4*

1

1

1

1

2*

2*

2*

2*

3*

3*

4*

4*

1

1

1

1

2*

2*

2*

2*

3*

3*

4*

4*

220

220

220

380

440

0,25 0,18

0,5 0,37

1,0 0,75

0,25 0,18

0,5 0,37

1,0 0,75

2,0 1,5

3,0 2,2

2,0 1,5

5,0 3,7

5,0 3,7

7,5 5,5

10,0 7,5

12,5 9,5

0,25 0,18

0,5 0,37

1,0 0,75

2,0 1,5

1,5 1,1

2,0 1,5

3,0 2,2

5,0 3,7

7,5 5,5

10,0 7,5

15,0 11,3

20,0 15,0

0,33 0,25

0,75 0,55

1,5 1,1

2,0 1,5

1,5 1,1

2,0 1,5

3,0 2,2

5,0 3,7

7,5 5,5

10,0 7,5

15,0 11,3

20,0 15,0

151 75 131 1,0

151 75 131 1,0

200 115 150 2,0

151 75 131 1,0

INVERSOR CFW-08

Alimentação In Saída(A)

Dimensões(mm)

Motor Máximo Aplicável

Modelo

Monofásica ou

Trifásica

Trifásica

Trifásica

Trifásica

Tensão(V)

Potência (1)Peso( k g )

AlturaCV kW Largura Profund.

200/

220/

230/

240V

38

0/4

00

/41

5/4

40

/46

0/4

80

V

Mec.

200 115 150 2,0

203 143 165 2,5

290 182 196 6,0

151 75 131 1,0

200 115 150 2,0

203 143 165 2,5

290 182 196 6,0

151 75 131 1,0

200 115 150 2,0

203 143 165 2,5

290 182 196 6,0

Monofásica

Tensãode

Rede

194

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9MODELOS E ACESSÓRIOSOPCIONAIS

PADRÃO

TCL - CFW08

MÓDULO DEINTERFACE SERIAL

KCS-CFW08

MÓDULO INTERFACEMIS-CFW08-RS

MÓDULO INTERFACEMIP-CFW08-RP

KMD-CFW08-M1

Kit opcional:Interface paraHMI remota paralela(HMI-CFW08-RP)

Modelo comHMI padrão(HMI-CFW08-P)

Modelo opcionalsem HMI(com tampa cega)

Kit opcional:Comunicação serialRS-232(KCS-CFW08)

Kit opcional:Interface paraHMI remota serial(HMI-CFW08-RS)

Kit opcional:Base de fixaçãoem trilho DIN(somente mecânica 1)

Kit opcional:Conexão emeletroduto metálico(NEMA 1/IP21)(disponível paramecânicas 1 e 2)

KN1-CFW08-MX

MÓDULO DEINTERFACE SERIAL

KCS-CFW08

Kit opcional:Módulo deComunicação serialRS-485(KRS-485-CFW08)

195


SUPERDRIVESoftware de programação via microcomputador PC,em ambiente Windows para parametrização,comando e monitoração do inversor CFW-08

INTERFACE HOMEM-MÁQUINA REMOTA

Modelo com interface MIS-CFW8-RSde interface com HMI remota serial

HMI-CFW08-RPHMI remota

paralela

HMI-CFW08-RSHMI remota serial

CAB-RP-X

CAB-RS-X

Modelo com interface MIP-CFW8-RP deinterface com HMI remota paralela

Modelo comKit SUPERDRIVE

KSD-CFW08

Figura 9.4 - HMI CFW-08

Figura 9.5 - SuperDrive

196


Ex.: CFW080040B2024POA1ZInversor de Freqüência Série CFW-08 de 4,0 A, alimentação monofásica outrifásica em 200-240 Vca, manual emportuguês e cartão de controle 1 (CFW-08 Plus)(1) Somente disponível na mecânica 4

1 Inversor de Freqüência Série CFW-08

2 Corrente Nominal de Saída:0016 1,6 A0026 2,6 A0040 4,0 A0070 7,0 A0073 7,3 A0100 10 A0160 16 A0170 17 A

0220 22 A0280 28 A0330 33 A

200-240 V

0010 1,0 A0016 1,6 A0026 2,6 A0027 2,7 A0040 4,0 A0043 4,3 A0065 6,5 A0100 10 A0130 13 A0160 16 A0240 24 A0300 30 A

380-480 V

3 Fases de AlimentaçãoS = MonofásicoT = TrifásicoB = Monofásico ou Trifásico

4 Tensão de Alimentação2024 = 200-240 V3848 = 380-480 V

5 Língua do ManualP = portuguêsE = inglêsS = espanhol

6 OpcionaisS = standardO = com opcionais

7 Grau de Proteção00 = standardN1 = Nema 1

8 Interface Homem-Máquina00 = standardSI = sem interface

9 Cartão de Controle00 = standard (CFW08 standard)A1 = controle 1 (CFW08 plus)A2 = Controle 2 (1)

13 Final do código

10 Filtro de EMI00 = não temFA = filtro classe A interno

11 Hardware Especial00 = não temHx = hardware especial versão X

12 Software Especial00 = não temSx = software especial versão X

CODIFICAÇÃO

CFW08 0040 B 2024 P O 00 00 00 00 00 00 Z CFW08 0040 B 2024 P O 00 00 00 00 00 00 Z CFW08 0040 B 2024 P O 00 00 00 00 00 00 Z CFW08 0040 B 2024 P O 00 00 00 00 00 00 Z CFW08 0040 B 2024 P O 00 00 00 00 00 00 Z

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

197


Tensão

FreqüênciaCos ϕ (Fator de deslocamento)Inversor

IHM

Tipo de alimentaçãoMétodo de controleTipos de controle

ChaveamentoVariação de freqüênciaResolução de freqüênciaAcuracidade (25oC ± 10oC)Sobrecarga admissívelRendimentoControle develocidade(modo escalar)Controle develocidade(modo vetorial)AnalógicasDigitaisRelé

AnalógicaInterface serialRedes “Field Bus”Proteções

Comando

Supervisão (leitura)

TemperaturaUmidadeAltitudeCorCompatibilidadeEletromagnéticaBaixa tensãoNorma IEC 146Norma UL 508 CNorma EN 50178Norma EN 61010UL (EUA) e cUL (CANADÁ)CE (EUROPA)IRAM (ARGENTINA)C-Tick (AUSTRÁLIA)

200 - 240V: 200 / 220 / 230 / 240 V (+10%, -15%)200 - 240V: 200 / 220 / 230 / 240 V (+10%, -15%)

380 - 480V: 380 / 400 / 415 / 440 / 460 / 480 V (+10%, -15%)50 / 60 Hz +/- 2 Hz ( 48 ... 62 Hz )

Maior que 0,98NEMA 1 (IP21) nos modelos 13 e 16 A / 380-480 V e IP 20 nos demais modelos

NEMA 1 (IP21) com kit adicional para conexão em eletroduto metálico (KN1-CFW08-MX)IHM Remota paralela NEMA 12 (IP54) (HMI-CFW08-RP)

IHM Remota serial NEMA 12 (IP54) (HMI-CFW08-RS)Fonte Chaveada

DSP (Digital Signal Processor), 16 bits, modulação PWM senoidal (Space Vector Modulation)Tensão imposta V / F linear ou quadrático (escalar)

Controle vetorial sensorless (VVC: Voltage Vector Control)Transistores IGBT – Frequências Selecionáveis : 2,5 / 5,0 / 10 / 15 kHz

Faixa : 0 ... 300 Hz Ref. Analógica: 0,1% de Fmáx. e Ref. Digital: 0,01 Hz (f<100Hz); 0,1Hz (f>100Hz)

Ref. Analógica: 0,5% e Ref. Digital: 0,01%150% durante 60 seg. a cada 10 min. (1,5 x Inom.)

Maior que 95%Regulação : 1 % da velocidade nominal c/ compensação de escorregamento

Resolução : 1 rpm ( referência via teclado )Faixa de regulação de velocidade = 1 : 20Regulação : 0,5 % da velocidade nominal

Resolução : 1 rpm ( referência via teclado )Faixa de regulação de velocidade = 1 : 30

1 entrada isolada 0...10 V, 0...20 mA ou 4...20 mA 2 entradas isoladas 0...10 V, 0...20 mA ou 4...20 mA4 entradas isoladas programáveis

1 saída programável, 1 contato reversível ( NA/NF ) 2 saídas programáveis , 1 NA e 1 NFOpções de programação: Is > Ix ; Fs > Fx ; Fe > Fx ; Fs = Fe ; Run; Sem erros

- 1 Saída Analógica isolada 0 - 10 V (8 bits)RS-232 ou RS-485 (opcional)

Unidade para comunicação ProfiBus DP ou DeviceNet (opcional) e Modbus RTU (incorporado)Sobretensão e subtensão no circuito intermediário

SobretemperaturaSobrecorrente na saída

Sobrecarga no motor ( i x t )Erro de hardware, defeito externo e erro de comunicação serial

Curto-circuito na saída e curto-circuito fase-terra na saídaErro de programação e erro de auto-ajuste

Liga / Desliga , Parametrização ( Programação de funções gerais )Incrementa / Decrementa Freqüência ( Velocidade )

JOG, Inversão de sentido de rotação e Seleção Local / RemotoFreqüência de saída no motor ( Hz )Tensão no circuito intermediário ( V )

Valor proporcional à freqüência ( Ex.:RPM )Temperatura do dissipador

Corrente de saída no motor ( A )Tensão de saída no motor ( V )Mensagens de Erros / Defeitos

Torque de Carga0 ... 40 °C ( até 50 °C com redução de 2% / °C na corrente de saída )

5 ... 90% sem condensação0 ... 1000 m ( até 4000 m com redução de 10% / 1000 m na corrente de saída )

Cinza claro – PANTONE – 413 CEMC diretiva 89 / 336 / EEC – Ambiente Industrial; Norma EN 61800-3

( EMC - Emissão e Imunidade )LVD 73/23/EEC - Diretiva de Baixa Tensão / UL 508C

Inversores a semicondutoresEquipamentos para conversão de energia

Equipamentos eletrônicos para uso em instalações de potênciaRequisitos de segurança p/ equiptos elétricos p/ uso em medição, controle e laboratórios

Underwriters Laboratories Inc. / EUASGS / Inglaterra

Instituto Argentino de NormalizaçãoAustralian Communications Authority

Modelo CFW-08 Standard CFW-08 Plus

Monofásica

Trifásica

Sensorless

V / F

StandardOpcional

Opcional

Inversor

IHM

ALIMENTAÇÃO

GRAU DEPROTEÇÃO

CONTROLE

PERFORMANCE

ENTRADAS

SAÍDAS

COMUNICAÇÃO

SEGURANÇA

INTERFACEHOMEM-MÁQUINA(IHM)

CONDIÇÕESAMBIENTES

ACABAMENTOCONFORMIDADES/NORMAS

CERTIFICAÇÕES

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS - CFW-08

(1) Somente disponível na mecânica 4,(2) Cartão de controle A2,

198

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9RECURSOS /FUNÇÕES ESPECIAIS

Standard / PlusInterface Homem-Máquina incorporada - Display de LED’s 7 segmentos

Senha de habilitação para programação

Auto-diagnóstico de defeitos e Auto-Reset

Indicação de grandeza específica (programável) - Ex.: m/min; rpm, etc)

Compensação de escorregamento (controle V/F)

I x R manual e automático

Curva V/F linear e quadrática ajustáveis

Rotina de auto-ajuste (controle vetorial sensorless)

Frenagem reostática

Função JOG (impulso momentâneo de velocidade)

Função “COPY” via Interface Homem-Máquina Remota (HMI-CFW08-RS)

Rampas linear e tipo “S” e dupla rampa

Rampas de aceleração de desaceleração (independentes)

Frenagem CC (corrente contínua)

Função Multi-Speed (até 8 velocidades pré-programadas)

Seleção do sentido de rotação

Seleção para operação Local / Remoto

Regulador PID superposto (controle automático de nível, pressão, etc)

Partida com o motor girando (Flying Start)

Rejeição de freqüências críticas ou ressonantes (Skip Frequency)

Operação durante falhas momentâneas da rede (Ride-through)

Protocolo de cominicação ModBus RTU (incorporado)

OpcionaisInterface Homem-Máquina remota paralela

HMI-CFW08-RP(Display de LED’s 7 segmentos)

Interface Homem-Máquina remota serialHMI-CFW08-RS

(Display de LED’s 7 segmentos)

Módulo de Interface para HMI Remota Serial MIIS-CFW08-RS

Módulo de Interface para HMI Remota Paralela MIP-CFW08-RP

Cabo para Interligação da HMI Remota Serial (1; 2 ; 3 ; 5 ; 7,5 e 10 m) CAB-RS-X

Cabo para Interligação da HMI Remota ParalelaCAB-RP-X

(1; 2 ; 3 ; 5 ; 7,5 e 10 m)

Módulo de Comunicação Serial RS-232 KCS-CFW08

Conversor RS-232 para RS-485 (necessário módulo MCS-CFW08) MIIW-02

Software de programação via microcomputador PC SUPERDRIVE

Kit NEMA 1 para conexão de eletroduto metálico KN1-CFW08-MX

Kit para montagem em Trilho DIN KMD-CFW08-M1

Kit de fixação KFIX-CFW08-MX

Unidades para Redes de ProfiBus DP MFW-01 / PD

Comunicação FieldBus DeviceNet MFW-01 / DN

Filtro EMC com alta capacidade de atenuação (Classe A interno) –

Filtro EMC com alta capacidade de atenuação (Classe B externo) –

199


FREQÜÊNCIACFW-09

Os inversores de freqüência WEG, série CFW-09,incorporam a mais avançada tecnologia disponívelmundialmente para acionamento de motores CA deindução trifásicos.

A tecnologia “Vectrue ®®®®®” representa umavanço significativo, permitindo à novageração de inversores WEG incorporar emum único produto técnicas de controleEscalar, Vetorial Sensorless e Vetorial comEncoder, sendo facilmente programável viaparâmetro, pelo próprio usuário.

Inovações também foram introduzidaspara atender aplicações que exigemfrenagem, onde um novo recurso denomi-nado “Optimal Braking ®®®®®” pode serutilizado sem a necessidade de instalaçãode resistor de frenagem, tornando a solu-ção simples, compacta e mais econômica.

VECTRUE TECHNOLOGY ®Tecnologia desenvolvida pela WEG para inversoresdestinados a aplicações de variação de velocidade emmotores CA de indução trifásicos, apresentando asseguintes vantagens:

Controle escalar ou vetorial programáveis no mesmoproduto

Controle vetorial com sensorless ou opcionalmentecom encoder

Controle vetorial sensorless permitindo alto torque erapidez na resposta, mesmo em velocidades muitobaixas ou na partida

Auto-ajuste adaptando automaticamente o controlevetorial ao motor e à carga.

Figura 9.6 - CFW-09

200

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9OPTIMAL BRAKING ® (Patente Registrada)Para aplicações que exijam tempos de paradareduzidos e/ou paradas de cargas de elevada inércia,os inversores tradicionais utilizam-se da FrenagemReostática, onde a inércia cinética da carga éregenerativa ao link DC do inversor e cujo excesso édissipado sob forma de calor em um resistor defrenagem interligado ao circuito de potência.

Os inversores CFW-09 incorporam a função “OptimalBraking ®“ para o modo vetorial, a qual possibilita umafrenagem ótima capaz de atender a muitas aplicaçõesaté então somente atendidas pelo método da frenagamreostática.

Esta inovação tecnológica permite obter acionamentosde alta performance dinâmica, com torques frenantesda ordem de 5 vezes o torque característico de umafrenagem CC, além da grande vantagem de dispensaro uso do resistor de frenagem.

No gráfico comprova-se as vantagens deste novométodo de frenagem “Optimal Braking ® “,assegurando assim uma solução ideal, otimizada e decusto reduzido para as aplicações com frenagem.

Figura 9.7 - Gráfico Torque x Rotação típico para motor de 10cv acionadopor inversor CFW-09

201

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9VANTAGENS ADICIONAIS

Microcontrolador de alta performance tipoRISC 32 bits;

Controle Vetorial e Escalar selecionável via parâmetro;

Interface Homem-Máquina destacável com duplodisplay (LCD e LED);

Ampla gama de potências: 1... 1500 CV;

Dimensionamentos para Torque Constante e TorqueVariável;

Grau de proteção NEMA 1 / IP 20 padrão até 200 CV,IP 20 até 500 CV e NEMA 4x / IP 56 em aço inox até10 CV;

Elevada compactação;

Instalação e programação simplificadas;

Posta em marcha (start-up ) orientado;

Possibilidade de fixação via flange, com dissipadoratrás da placa de montagem;

Programação e monitoração via microcomputadorPC com software SUPERDRIVE (opcional);

Link DC acessível para alimentação em correntecontínua ou retificador regenerativo;

Comunicação em redes FieldBus: ProfiBus DP ouDeviceNet (opcional). Também disponível ModbusRTU (incorporado);

Certificações Internacionais UL e cUL, CE, C-Tick eIRAM.

Figura 9.8 - CFW-09

202

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9APLICAÇÕES

SIDERURGIA e METALURGIA

Ventiladores / ExaustoresMesas de RolosBobinadores / DesbobinadoresTransportadoresPontes RolantesPrensas / Tornos / FresasFuradeiras / RetíficasLaminadoresLinhas de CorteLinhas de Inspeção de ChapasLinhas de LingotamentoFormadora de TubosTrefilasBombas

REFRIGERAÇÃO

Bombas de ProcessoVentiladores / ExaustoresSistemas de Ar Condicionado

ELEVADORES

Elevadores de CargaElevadores de PassageirosPórticos RolantesGuindastes

SUCOS e BEBIDAS

Bombas Dosadoras / ProcessoEngarrafadorasAgitadores / MisturadoresMesas de RolosEsteiras Transportadoras

TÊXTIL

Agitadores / MisturadoresSecadores / LavadorasTeares CircularesFilatóriosMolinelos / CardasUrdideiras / MaçaroqueirasBobinadores

VIDROS

Ventiladores / ExaustoresMáquina de Fabricar GarrafasMesas de RolosEsteiras Transportadoras

SANEAMENTO

Bombas CentrífugasSistemas de RecalqueSistemas “Bloosters”

PAPEL e CELULOSE

Bombas DosadorasBombas de ProcessoVentiladores / ExaustoresAgitadores / MisturadoresFiltros RotativosFornos RotativosEsteiras de CavacoMáquinas de PapelRebobinadeiras de PapelCalandrasCoaters

CIMENTO e MINERAÇÃO

Ventiladores / ExaustoresBombasPeneiras / Mesas VibratóriasSeparadores DinâmicosEsteiras TransportadorasForno de CimentoDosadores

QUÍMICO e PETROQUÍMICO

Ventiladores / ExaustoresBombas CentrífugasBombas Dosadoras / ProcessoCentrífugasAgitadores / MisturadoresCompressoresExtrusoras de Sabão

AÇÚCAR e ÁLCOOL

Centrífugas de AçúcarBombas de ProcessoEsteiras de CanaDosadores de BagaçoEsteiras Transportadoras

ALIMENTOS e RAÇÃO

Bombas Dosadoras / ProcessoVentiladores / ExaustoresAgitadores / MisturadoresSecadores / Fornos ContínuosPeletizadorasNórias (Bovinos/Suinos/Aves)Esteiras / Monovias

CERÂMICO

Ventiladores / ExaustoresSecadores / Fornos ContínuosMoinhos de BolasMesas de RolosEsmaltadeirasEsteiras Transportadoras

MADEIRA

FaqueadeirasTornos DesfolhadoresLixadeirasCortadeiras

PLÁSTICO e BORRACHA

ExtrusorasInjetoras / SopradorasMisturadoresCalandras / PuxadoresBobinadores / DesbobinadoresMáquinas de Corte e SoldaGranuladores

203

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9UM PRODUTO COMPLETO, FLEXÍVEL E COMPACTO

Módulo de Interface serialRS-232 opcional parainterligação a ummicrocomputador PC

Grau de Proteção NEMA 1 / IP20Flange para montagem dodissipador, opcionalmente,atrás da placa de montagem

Módulos opcionaisde expansão defunções para:- Interface serial RS-485- Entrada e saídas adicionais- Realimentação de Encoder

2 saídas analógicasprogramáveis

Conexão para resistor defrenagem

Conexão do link DC para:- Indutor de entrada- Retificador em barramento DC único- Unidade retificadora regenerativa

Saída para alimentação do motor

Entrada de alimentação de rede

Sistema de passagemde cabos e conexãode eletroduto metálico

2 entradasanalógicasprogramáveis

6 entradas digitaisisoladasprogramáveis

Módulos de redesde comunicaçãoFieldBus para:- ProfiBus DP (opcional)- DeviceNet (opcional)- DeviceNet Drive Profile(opcional)- ModBus RTU (incorporado)

Display de cristallíquido (LCD)2 linhas de 16caracteres

Display de LED’s7 segmentos

InterfaceHomem-Máquinadestacável, comduplo display(LCD + LED’s),multi-idiomas efunção COPY

3 saídas a reléprogramáveis

Microcontroladorde altaperformance,do tipo RISCde 32 Bits

Cartão de controleem SMD padrãopara toda a gamade potências

Figura 9.9 - Detalhes do CFW-09

204

Montagem pela BASE Montagem pela FLANGE

Saída do

fluxo de ar

Entrada do

fluxo de arEntrada do

fluxo de ar

Saída do

fluxo de ar

TIPOS DE MONTAGEM

Os inversores CFW-09 permitem montagem flexível, sendopossível, além do modo de fixação tradicional pela Base,também o modo de fixação pela Flange, possibilitandodesta forma montar o dissipador de calor para trás daplaca de montagem.

Esta opção de montagem resultará em uma canalização doar quente gerado pelos componentes de potência dentrodo painel, facilitando assim sua condução para fora domesmo e ainda permitirá minimizar o sobreaquecimentodo inversor decorrente das fontes geradoras de calorperiféricas dentro do painel.

Figura 9.10 - Tipos de montagem


205

e = Conexão indutor (opcional) (somente a partir da mecânica 2)

e = Conexão LINK CC

e = Conexão para resistor de frenagem(somente até mecãnica 7, sendoopção para mecânica de 4 a 7)

RETIFICADORtrifásico

Sensores-Falta o terra-Falta de fase

=Falta de fase somente a partir da mecânica 3

LINK CC(circuito Intermediário)

BancoCapacitores

Filtro RFI

INVERSORcom

transistoresIGBT

Realimentações-tensão

-corrente

PE

Pré-carga

RS-232(opcional)

SoftwareSuperDrive

Fontes para eletrônicos e interfacesentre potências e controle

Cartão deControlecom CPU

32 bits“RISC”

EXPANSÃO EBA/EBB/EBC(opc iona l )-RS-485 isolado-1 entrada digital

1 entrada 14 bits 2 saída anal. 14bits

1 entrada 4...20mAisol. 2 saída 4...20mAisol.

- 2saídas digitais- 1entrada/saída encoder- 1entrada PTC

HMI(remota)

EntradasDigitais

(D11...DI06)

EntradasAnalógicas(A11...A12)

PCCLP

SDCD

FIELDBUS (opcional) - Profibus DP- DeviceNet

- Drive Profile

SaídasAnalógicas

(AO1...AO2)

Saídasa Relé

(RL1...RL3)

Controleexterno

= Interface Homem-Máquina

PC POTÊNCIACONTROLE

RED

E

HMI(local)

A

B

BLOCODIAGRAMA

Figura 9.11 - Blocodiagrama do CFW-09


206

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9INTERFACEHOMEM X MÁQUINA

Display LED’s(7 segmentos)

Display LCD(cristal líquido)

Led “LOCAL”Led “REMOTO”

Led “ANTI-HORÁRIO”

Led “HORÁRIO”

Inversor “A” Inversor “B”

CFW-09 HMI HMI CFW-09

Interface InteligenteInterface InteligenteInterface InteligenteInterface InteligenteInterface InteligenteInterface de operação inteligente com duplodisplay, LED’s (7 segmentos) e LCD (2 linhas de16 caracteres), que permite ótimavisualização a distância, além de incorporaruma descrição detalhada de todos osparâmetros e mensagens via display LCDalfanumérico.

Idioma SelecionávelIdioma SelecionávelIdioma SelecionávelIdioma SelecionávelIdioma SelecionávelA interface de operação inteligentepermite ainda que o usuário do produtoescolha, para o seu melhor conforto, oidioma a ser usado para a programação,leitura e apresentação dos parâmetros emensagens alfanuméricas através do displayLCD (Cristal Líquido ).A elevada capacidade de hardware e softwaredo produto disponibiliza ao usuáriovárias opções de idiomas, tais como:Português, Inglês e Espanhol, de forma aadequá-lo a quaisquer usuários em todo omundo.

Start-up OrientadoStart-up OrientadoStart-up OrientadoStart-up OrientadoStart-up OrientadoInversores de frequência são equipamentosdestinados ao acionamento de motores deindução, cuja adaptação e desempenho estãodiretamente relacionados às característicasdo mesmo, assim como da rede elétrica dealimentação.Os inversores da linha CFW-09 incorporamum recurso de programação especialmentedesenvolvido com a finalidade de facilitar eagilizar a inicialização da posta em marcha(Start-up) do produto, através de um roteiroorientado e automático, o qual guia ousuário para a introdução sequencial dascaracterísticas mínimas necessárias a umaperfeita adaptação do inversor ao motoracionado.

Função Função Função Função Função COPYCOPYCOPYCOPYCOPYA interface inteligente também incorpora afunção “Copy”, a qual permite copiar aparametrização de um inversor para outros,possibilitando rapidez, confiabilidade erepetibilidade de programação emaplicações de máquinas de fabricação seriada.

Figura 9.12 - HMI

Figura 9.13 - Função Copy

207

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9FUNÇÕES DO TECLADO

Software de ProgramaçãoSUPERDRIVE

Seleciona (comuta) display entre o número doparâmetro e seu valor (posição / conteúdo),para programação.

Quando pressionada realiza a função JOG(impulso momentâneo de velocidade).

Inverte o sentido de rotação do motorcomutando entre horário e anti-horário.

Seleciona o modo de operação do inversor,definindo a origem dos comandos / referência,podendo ser Local ou Remota.

Habilita o inversor via rampa (partida). Apóshabilitado comuta as indicações do display. rpm - Volts - Estado - Torque - Hz - Amps

Desabilita o inversor via rampa (parada).Reseta o inversor após a ocorrência de erros.

Incrementa velocidade ou número e valor deparâmetro.

Decrementa velocidade ou número e valor deparâmetro.

Software de Programação de DrivesSoftware de programação via microcomputadorPC, em ambiente Windows, para parametrização,comando e monitoração dos inversores CFW-09.

Permite editar parâmetros “on-line”, diretamen-te no inversor ou editar arquivos de parâmetros“off-line“, armazenados no microcomputador.

É possível armazenar arquivos de parâmetros detodos os inversores CFW-09 existentes nainstalação.O software também incorpora funções paratransferir o conjunto de parâmetros domicrocomputador para o inversor, como tambémdo inversor para o microcomputador.

A comunicação entre oinversor e o microcomputadoré feita via interface serialRS-232 (ponto a ponto) ou RS-485 para interligação emrede.

Figura 9.14 - SuperDrive

208


REDES “FIELDBUS”

. . .

CLP

REDES DE COMUNICAÇÃO “FieldBus”

Interligação em Redes RápidasInterligação em Redes RápidasInterligação em Redes RápidasInterligação em Redes RápidasInterligação em Redes Rápidas

Os inversores CFW-09 podem ser interligados emredes de comunicação rápidas “FieldBus”,através dos protocolos padronizados maisdifundidos mundialmente, podendo ser:

•Profibus DP (opcional) •DeviceNet (opcional)

FIELDBUS •DeviceNet Drive Profile (opcional) •Modbus RTU (software incorporado)

Destinados principalmente a integrar grandesplantas de automação industrial, as redes decomunicação rápidas conferem vantagens nasupervisão, monitoração e controle, “on-line“ etotal, sobre os inversores, proporcionandoelevada performance de atuação e grandeflexibilidade operacional, características estasexigidas em aplicações de sistemas complexos e/ou integrados.

Para a interligação em redes de comunicação dotipo “FieldBus” Profibus DP ou DeviceNet, osinversores CFW-09 permitem incorporarinternamente um cartão de rede, de acordo como protocolo desejado. Para interligação emredes de comunicação tipo “FieldBus” ModbusRTU deverá ser utilizado conexão via interfaceRS-232 (opcional) ou RS-485 (disponível noscartões EBA ou EBB).

Figura 9.15 - Rede Fieldbus

209

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9CONFIGURAÇÕES COMBARRAMENTOS CC(LINK DC)

Unidade RetificadoraGeral de Entrada

Rede de Alimentação Barramento CC Único (Link DC)

CFW-09 - HD

Inversor Regenerativo

UnidadeRetificadoraRegenerativaCFW-09 - RB

Inve

rsor

CFW

-09

- HD

Barramento CC(Link DC)Rede de

Alimentação(Esquemailustrativo)

1 2 3 4 n

Inversor Regenerativo

Utilizado para configurações de sistemasregenerativos através da interligação deuma unidade retificadora regenerativa(CFW-09-RB) ao barramento CC doinversor.Esta solução permite frenagensregenerativas, com total devoluçãoda energia à rede durante asfrenagens, proporcionando um fatorde potência unitário.Este inversor regenerativo destina-se

às aplicações de regime cíclico e/ou de paradasextremamente rápidas e de elevada dinâmica, taiscomo:

Os inversores CFW-09 possuem acesso aobarramento CC (Link DC) interno permitindo serconfigurado para atender aplicações envolvendoa utilização de um barramento CC único, assimcomo para sistemas regenerativos.

Barramento CC Único (Link DC)Barramento CC Único (Link DC)Barramento CC Único (Link DC)Barramento CC Único (Link DC)Barramento CC Único (Link DC)Utilizado para configurações em sistemas demáquinas multimotores onde as pontesretificadoras de cada inversor são substituídaspor uma única unidade retificadora geral deentrada, através da interligação dos inversorespor intermédio de um barramento CC único,proporcionando uma solução mais econômica dosistema.Esta solução proporciona ainda umaotimização do consumo energético do sistemaem função da transferência de energia entre asunidades inversoras.

Figura 9.16 - CFW-09 HD

Figura 9.17 - CFW-09 RB

210

Rebobinadeiras de Papel, Centrífugas de Açúcar,Pórticos e Guindastes, etc.Além da vantagem acima esta configuraçãoelimina as correntes harmônicas na entrada doinversor, sendo útil nas aplicações onde nãoadmite-se distorções harmônicas de corrente narede de alimentação.


211

ACESSÓRIOS E PERIFÉRICOS


Interface de operação com duplo display, LED’s eLCD, com recursos completos via códigos emensagens com textos alfanuméricos e funçãoCopy, para instalação local (tampa do inversor)ouremota em porta de painel. Distância máxima 5 m(sem moldura) e 10m (com moldura KMR)

Interface de operação simplificada, com display deLED’s, opcional para soluções de custo reduzido,para instalação local (tampa do inversor) ou remotaem porta de painel. Distância máxima 5 m (semmoldura) e 10m (com moldura KMR)

Módulos de tampa cega, local (TCL) para tampa doinversor e remota (TCR) para moldura da InterfaceHomem-Máquina (HMI) remota, destinados aofechamento completo do produto quando usadosem a HMI.

Kit interface serial, para conexão do inversor CFW09a um microcomputador PC, para uso do softwareSUPERDRIVE de programação e monitoração doinversor, ou a outros equipamentos, viacomunicação serial RS-232.

Moldura para instalação / fixação da InterfaceHomem-Máquina, remota ao inversor, paratransferência de operação do inversor para a portado painel ou para um console da máquina.Distância máxima 10 m.

Interface Homem-Máquina remota,com grau deproteção NEMA 4/IP 56, para operação remota emporta de painel ou console de máquina, destinadaa ambientes com incidência de água ou outrosagentes agressivos (pó, fibras, cimento, etc).Distância máxima 10 m.

REMOTALOCAL

Cabos com comprimentos (X) de 1; 2; 3; 5; 7,5 e10 m. Cabos especiais com comprimentossuperiores sob consulta.

INTERFACEHOMEM-MÁQUINA

COMPLETA(padrão)

HMI - CFW09 - LCD

INTERFACEHOMEM-MÁQUINA

SIMPLIFICADA(opcional)

HMI - CFW09 - LED

TAMPAS CEGAS

TCL - CFW09

TCR - CFW09

KIT INTERFACECOMUNICAÇÃO SERIAL RS-232

KCS - CFW09

KIT MOLDURAPARA INTERFACE REMOTA

KMR - CFW09

INTERFACEHOMEM-MÁQUINA REMOTA

NEMA 4 - LCD

HMI - CFW09 - LCD - N4

CABOS INTERLIGAÇÃOPARA INTERFACE

REMOTA

CAB - HMI09 - X

212

ACESSÓRIOS E PERIFÉRICOS

KITS PARA REDESDE COMUNICAÇÃO

“FIELDBUS”


CARTÕES DE EXPANSÃO DE FUNÇÕES

Obs.:EBC.01 - Sem fonte para alimentação do encoderEBC.02 - Com fonte de 5Vcc para alimentação do encoderEBC.03 - Com fonte de 12Vcc para alimentação do encoder

Configuração EBA. ... EBB. ... EBC

Funções 01 02 03 01 02 03 04 05 01 02 03

Entrada de encoder • • • • • • •

Saída de encoder • • •

Serial RS-485 • • • •

Entrada analógica de 14 bits • •

Saídas analógicas de 14 bits • •

Entrada analógica isolada • • •

Saídas analógicas isoladas • • • •

Entradas e saídas digitais • • • • • • •+ termistor (PTC)

EBA.0X - CFW09

EBB.0X - CFW09

EBC1.0X - CFW09

Profibus DP ⇒ KFB - PD

Device NET ⇒ KFB - DN

DeviceNet Drive Profile ⇒ KFB - DD

213

CONTROLADORPROGRAMÁVELINCORPORADO

CARTÔES PLC1 e PLC2

Especificações Técnicas

Entradas/SaídasPLC 1 PLC 2

Quantidade Descrição Quantidade Descrição

Entradas digitais 9 Entrada 24Vcc bipolar 9 Entradas 24Vcc bipolar

Saídas a relé 3 250Vca/3 A ou 250Vcc/3 A 3 250Vca/3 A ou 250Vcc/3 ASaídas transistorizadas 3 24Vcc/500 mA 3 24Vcc/500 mAEntradas de encoder 1 Encoder de 15Vcc 2 Encoder 5 a 24 Vcc

Saídas analógicas - - 22 saídas 12 bits em

tensão -10V a +10V ou emcorrente (0 a 20 mA)

Entradas analógicas - - 1Entrada analógica de 14 bits

-10V a +10V ou-20mA a +20mA

Entrada isolada para - - 1

Entrada isolada paratermistor do motor PTC do motor


Figura 9.18 - Exemplo de trajetória com utilização da placa PLC1

Os cartões PLC1 e PLC2 permitem com que o inversor defrequência CFW-09 assuma funções de CLP, referência develocidade e módulo de posicionamento.

• Posicionamento com perfil trapezoidal e “S”(absoluto e relativo)

• Busca de zero máquina (homming)• Programação em linguagem Ladder através do

Software WLP, Temporizadores, Contadores,Bobinas e Contatos

• RS - 232 com Protocolo Modbus RTU• Disponibilidade de 100 parâmetros configuráveis

pelo usuário via Software ou HMI• Interface CAN com os protocolos CANopen e

Device Net• Função Mestre/Escravo (ElectronicGear Box)

Características Técnicas:

214


220 - 230 V: 220 / 230 V (+10%, -15%)380 - 480 V: 380 / 400 / 415 / 440 / 460 / 480 V (+10%, -15%)500 - 600 V; 500 / 525 / 575 / 600 V (+10%, -15%)500 - 690 V; 500 / 525 / 575 / 600 / 690 V (+10%, -15%)

Frequência 50 / 60 Hz +/- 2 Hz ( 48 a 62 Hz )Desbalanceamento entre fases Menor que 3 %Cos j (Fator de deslocamento) Maior que 0,98

GRAU DE Standard NEMA 1 / IP 20 ( modelos mecânicas 1 a 8 ), IP 20 ( modelos mecânicas 9 a 10 ) ePROTEÇÃO NEMA 4x / IP 56 ( modelos até 10 CV)CONTROLE Tipo de alimentação Fonte Chaveada

Microcontrolador Tipo RISC 32 bitsMétodo de controle PWM Senoidal SVM (Space Vector Modulation)

Reguladores de Corrente, Fluxo e Velocidade implementados em software ( Full Digital )Tipos de controle Escalar ( Tensão Imposta – V / F )

Vetorial Sensorless ( sem encoder )Vetorial com Encoder

Chaveamento Transistores IGBT – Frequências Selecionáveis : 1,25 / 2,5 / 5,0 / 10 kHzVariação de frequência 0 a 204 Hz ( para rede em 60 Hz )

0 a 170 Hz ( para rede em 50 Hz )Acima de 204 Hz ( sob consulta )

Sobrecarga admissível 150% durante 60 seg. a cada 10 min. ( 1,5 x I nom. – CT )180 % durante 1 seg. a cada 10 min. ( 1,8 x I nom. – CT )

Rendimento Maior que 97%PERFORMANCE Controle de velocidade Regulação : 1 % da velocidade nominal c/ compensação de escorregamento

Resolução : 1 rpm ( referência via teclado )Faixa de regulação de velocidade = 1 : 20

Controle de velocidade Regulação : 0,5 % da velocidade nominalResolução : 1 rpm ( referência via teclado )Faixa de regulação de velocidade = 1 : 100Faixa de regulação de velocidade = Até 0 rpmRegulação :+/- 0,1 % da velocidade nominal p/ ref. Analógica 10 bits+/- 0,01 % da velocidade nominal p/ ref. Digital ( Ex.: Teclado, FieldBus )+/- 0,01 % da velocidade nominal p/ ref. Analógica 14 bits

Controle de Torque Regulação : +/- 10 % do torque nominalFaixa de regulação de torque : 0 a 150 % do torque nominal

ENTRADAS Analógicas 2 Entradas diferenciais programáveis ( 10 bits ): 0a 10 V, 0a 20 mA ou 4a 20 mA1 Entrada programável bipolar ( 14 bits ): -10 ... + 10 V, 0 ... 20 mA ou 4... 20 mA11 Entrada programável isolada ( 10 bits ): 0 a 10 V, 0 a 20 mA ou 4 a 20 mA 1

Digitais 6 Entradas programáveis isoladas : 24 Vcc1 Entrada programável isolada : 24 Vcc 11 Entrada programável isolada : 24 Vcc ( para Termistor-PTC do motor ) •

Encoder incremental 1 Entrada diferencial isolada, com fonte interna isolada 12 Vcc •SAÍDAS Analógicas 2 Saídas programáveis ( 11 bits ) : 0 a10 V

2 Saídas programáveis bipolares ( 14 bits ) : - 10 ... + 10 V 12 Saídas programáveis isoladas ( 11 bits ) : 0 a 20 mA ou 4 ... 20 mA 1

Relé 2 Saídas programáveis, contatos NA/NF ( NO/NC ) : 240 Vca, 1 A1 Saída programável , contato NA ( NO ) : 240 Vca, 1 A

Transistor 2 Saídas programáveis isoladas OC : 24 Vcc, 50 mA 1Encoder 1 Saída diferencial isolada de sinal de encoder: alimentação externa 5 a 15 Vcc 1

COMUNICAÇÃO Interface serial RS-232 via kit serial KCS – CFW09 ( ponto a ponto ) 1RS-485 , isolada , via cartões EBA ou EBB ( multiponto até 30 inversores ) 1Protocolo Johnson Controls-N2 (opcional)

Redes “ FieldBus ’’ Modbus RTU (software incorporado) via interface serialProfibus DP, DeviceNet ou DeviceNet Drive Profile 3 via kits adicionais KFB 1

SEGURANÇA Proteções Sobretensão no circuito intermediário Curto-circuito na saídaSubtensão no circuito intermediário Curto-circuito fase-terra na saídaSobretemperaturas no inversor e no motor Erro externoSobrecorrente na saída Erro de autodiagnose e de programaçãoSobrecarga no motor ( i x t ) Erro de comunicação serialSobrecarga no resistor de frenagem Ligação Invertida Motor/EncoderErro na CPU ( Watchdog ) / EPROM Falta de fase na alimentação (modelos>mecânica 3)Falha de encoder incremental Falha de conexão da interface HMI – CFW09

CONDIÇÕES AMBIENTE Temperatura 0 a 40 °C ( até 50 °C com redução de 2% / °C na corrente de saída )Umidade 5 a 90% sem condensaçãoAltitude 0 a 1000 m ( até 4000 m com redução de 10% / 1000 m na corrente de saída )

ACABAMENTO Cor Tampa plástica – Cinza claro PANTONE 413 C (Mecânicas 1a 2 )Tampa e Laterais metálica – Cinza claro RAL 7032 (Mecânicas 3 a 10 )Base – Cinza escuro RAL 7022 (Mecânicas 3 a 10 )

(Modo Escalar)

(Modo Vetorial)

V / F

Sensorless

ComEncoder 1

Torque (Modo Vetorial)

TrifásicaTensãoALIMENTAÇÃO

1Opcional 2Disponível em breve 3Software Especial


215


CONFORMIDADES/ Compatibilidade EMC diretiva 89 / 336 / EEC – Ambiente Industrial NORMAS Norma EN 61800-3 ( EMC - Emissão e Imunidade )

Baixa Tensão LVD 73/23/EEC - Diretiva de Baixa Tensão / UL 508CNorma IEC 146 Inversores a semicondutoresNorma UL 508 C Equipamentos para conversão de energiaNorma EN 50178 Equipamentos eletrônicos para uso em instalações de potênciaNorma EN 61010 Requisitos de segurança p/ equiptos elétricos p/ uso em medição, controle e laboratórios

CERTIFICAÇÕES UL (USA) e cUL (CANADA) Underwriters Laboratories Inc. / USACE (EUROPA) Phoenix Test-Lab / AlemanhaIRAM (ARGENTINA) Instituto Argentino de NormalizaciónC-Tick (AUSTRÁLIA) Australian Communications Authority

INTERFACE Comando Liga / Desliga , Parametrização ( Programação de funções gerais )HOMEM-MÁQUINA Incrementa / Decrementa Velocidade JOG, Inversão de sentido de rotação e Seleção Local / Remoto(HMI - CFW09) Supervisão (Leitura) Referência de velocidade (rpm) Corrente de saída no motor (A)

Velocidade no motor (rpm) Tensão de saída no motor (V)Valor proporcional à velocidade (Ex.: m/min) Estado do inversorFrequência de saída no motor (Hz) Estado das entradas digitaisTensão no circuito intermediário (V) Estado das saídas digitais (transistor)Torque no motor (%) Estado das saídas a reléPotência de saída (kW) Valor das entradas analógicasHoras de produto energizado (h) 4 últimos erros armazenados em memóriaHoras de funcionamento / trabalho ( h ) Mensagens de Erros / Defeitos

RECURSOS / Standard (Padrão) Interface homem-máquina incorporada com duplo display LCD + LED (HMI-CFW09-LCD)FUNÇÕES Senha de habilitação para programaçãoDISPONÍVEIS Seleção do idioma da HMI (LCD) – Português, Inglês e Espanhol

Seleção do tipo de controle (via parâmetro): Escalar U/F, Sensorless ou Com EncoderAuto-diagnóstico de defeitos e Auto-reset de falhasReset para programação padrão de fábrica ou para padrão do usuárioAuto-ajuste do inversor às condições da carga (Self tuning)Indicação de grandeza específica (programável) - (Ex.: m/min; rpm; l/h; %, etc)Compensação de escorregamento - Modo U / FI x R (Boost de Torque) manual ou automático - Modo U / FCurva U / F ajustável (programável) - Modo U / FLimites de velocidade mínima e máximaLimite da corrente máximaAjuste da corrente de sobrecargaAjuste digital do ganho e do Offset das entradas analógicasAjuste digital do ganho das saídas analógicasFunção JOG (impulso momentâneo de velocidade)Função JOG + e JOG - (incremento / decremento momentâneo de velocidade)Função “COPY” ( Inversor ® HMI ou HMI ® Inversor )Funções específicas programadas em saídas digitais (relé) :N* > Nx ; N > Nx ; N < Nx ; N = 0 ; N = N* ; I s > I x ; I s < I x ; T > Tx e T < TxOnde: N = Velocidade ; N* = Referência ; I s = Corrente saída e T = Torque motorRampas linear e tipo ‘‘S’’ e dupla rampaRampas de aceleração e desaceleração independentesFrenagem CC (corrente contínua)Frenagem Ótima (Optimal Braking )® - Modo VetorialFrenagem Reostática incorporada – modelos até 45 A / 220-230 V e até 30 A / 380-480 VFunção Multi-Speed (até 8 velocidades pré-programadas)Função Ciclo Automático do Processo 2Recursos especiais : Horímetro e Wattímetro (kW)Regulador PID superposto (controle automático de nível, vazão, pressão, peso, etc)Seleção do sentido de rotação (horário / anti-horário)Seleção para operação Local / RemotoPartida com o motor girando (Flying Start)Rejeição de velocidades críticas ou ressonantes (Skip Speed)Operação durante falhas momentâneas da rede (Ride-Through)Modbus RTU incorporado (necessita interface RS-232 ou RS-485).Outras opções vide opcionais abaixo



216


Kits para Redes de Comunicação FieldBus(Instalação Interna ao Inversor)

RECURSOS / Opcionais Sem interface Homem-Máquina Local Modelos “SI”FUNÇÕES Interface Homem-Máquina Local Simplificada (Display LED’s) HMI-CFW09-LEDDISPONÍVEIS Interface Homem-Máquina Remota NEMA 4 (Display de LED’s) HMI-CFW09-LED-N4

Interface Homem-Máquina Remota NEMA 4 ( Display LCD ) HMI-CFW09-LCD-N4Cabo para Interligação da HMI Remota (1; 2; 3; 5; 7,5 e 10 m) CAB – HMI 09 - XTampa cega para HMI local TCL – CFW09Tampa cega para HMI remota TCR – CFW09Kit moldura para interface remota KMR – CFW09

EBA . 0X – CFW09Cartões de Expansão de Funções EBB . 0X – CFW09

EBC . 0X - CFW09 Profibus DP KFB – PD DeviceNet KFB – DN DeviceNet Drive Profile KFB – DDKit SUPERDRIVE com Interface Software SUPERDRIVE Comunicação Serial RS-232 Conectores e Cabos KSD – CFW09 (Inversor ↔ Micro PC) KCS - CFW09Módulo Interface Serial RS-232 KCS – CFW09Frenagem Reostática incorporada (transistor interno)

Modelos ‘‘DB’’Modelos: 54 a 142 A / 220-230 V e 38 a 142 A / 380-480 VKit Frenagem Reostática Modelos 180...600A/220-230V e 380-480V DBW - 01(Unidade Externa) Modelos 107...472A / 500-690V DBW - 02Kit Fixação via Flange ( p/ modelos mecânicas 3 a 8 ) KMF - CFW09Kit Montagem Extraível ( p/ modelos mecânicas 9 a 10 ) KME - CFW09Kit Indutor para Link DC ( p/ modelos mecânicas 2 a 8 ) KIL - CFW09Filtro EMC com alta capacidade de atenuação RF

ADIC

ION

AL



217

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9TABELA DE ESPECIFICAÇÕES - CFW-09

220

380

440

6,0 7,0 10

13162428333845

54 6870 8686 105

105 130130 150142 174

1802403613,64,05,59,0131624

30 3638 4545 5460 7070 8686 105

105 130142 174

180211240312361450515600686855

1140128317103,64,05,59,0131624

30 3638 4545 5460 7070 8686 105

105 130142 174

38

0 /

40

0 /

41

5 /

44

0 /

46

0 /

48

0V

22

0 /

23

0V

0006 T 2223 P S0007 T 2223 P S0010 T 2223 P S0013 T 2223 P S0016 T 2223 P S0024 T 2223 P S0028 T 2223 P S0033T2223POHW0038 T 2223 P S0045 T 2223 P S0054 T 2223 P S0070 T 2223 P S0086 T 2223 P S0105 T 2223 P S0130 T 2223 P S0142 T 2223 P S0180 T 2223 P S0240 T 2223 P S0361 T 2223 P S0003 T 3848 P S0004 T 3848 P S0005 T 3848 P S0009 T 3848 P S0013 T 3848 P S0016 T 3848 P S0024 T 3848 P S0030 T 3848 P S0038 T 3848 P S0045 T 3848 P S0060 T 3848 P S0070 T 3848 P S0086 T 3848 P S0105 T 3848 P S0142 T 3848 P S0180 T 3848 P S0211 T 3848 P S0240 T 3848 P S0312 T 3848 P S0361 T 3848 P S0450 T 3848 P S0515 T 3848 P S0600 T 3848 P S0686 T 3848 P S0855 T 3848 P S1140 T 3848 P S1283 T 3848 P S1710 T 3848 P S0003 T 3848 P S0004 T 3848 P S0005 T 3848 P S0009 T 3848 P S0013 T 3848 P S0016 T 3848 P S0024 T 3848 P S0030 T 3848 P S0038 T 3848 P S0045 T 3848 P S0060 T 3848 P S0070 T 3848 P S0086 T 3848 P S0105 T 3848 P S0142 T 3848 P S

PadrãoIncorporado

noProduto

Opcional

Interno

Opcional comUnidade Externa

PadrãoIncorporado

noProduto

Opcional

Interno

Opcionalcom

UnidadeExterna

Padrão

Incorporadono

Produto

Opcional

Interno

1,5 1,1 1,5 1,12,0 1,5 2,0 1,53,0 2,2 3,0 2,24,0 3,0 4,0 3,06,0 4,4 6,0 4,47,5 5,5 7,5 5,510 7,5 10 7,5

12,5 9 12,5 912,5 9 12,5 915 11 15 1120 15 25 18,525 18,5 30 2230 22 40 3040 30 50 3750 37 60 4560 45 75 5575 55 75 55100 75 100 75

150 110 150 1101,5 1,1 1,5 1,12,0 1,5 2,0 1,53,0 2,2 3,0 2,25,0 3,7 5,0 3,77,5 5,5 7,5 5,510 7,5 10 7,515 11 15 1120 15 20 1525 18,5 30 2230 22 30 2240 30 50 3750 37 60 4560 45 75 5575 55 75 55100 75 125 92125 90 125 90150 110 150 110150 110 150 110200 150 200 150250 185 250 185300 220 300 220350 260 350 260450 330 450 330500 370 500 370600 450 600 450800 600 800 600900 660 900 660

1300 950 1300 9501,5 1,1 1,5 1,12,0 1,5 2,0 1,53,0 2,2 3,0 2,26,0 4,4 6,0 4,410 7,5 10 7,5

12,5 9,2 12,5 9,215 11 15 1120 15 25 18,525 18,5 30 2230 22 40 3040 30 50 3750 37 60 4560 45 75 5575 55 100 75100 75 125 92

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

-

1

2

3

4

5

6

7

TENSÃODA

REDEModelo Básico

CFW-09...

INVERSOR CFW-09Transistor para

Frenagem ReostáticaCorrente Nominal (A)

CT* VT*Tensão

(V)

MOTOR MÁXIMO APLICÁVEL Torque Constante Torque Variável MECÂNICA

CV kW CV kW

218

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9TABELA DE ESPECIFICAÇÕES - CFW-09

*CT = Torque Constante ( T carga = CTE ); VT = Torque Variável ( Ex.: Torque Quadrático => T carga ~ n2 )Notas: 1 - As potências máximas dos motores, na tabela acima, foram calculadas com base nos modelos WEG de 2 e 4 pólos.

Para motores de outras polaridades ( Ex.: 6 e 8 pólos ), outras tensões ( Ex.: 230, 400, e 460 V ) e/ou motores de outros fabricantes, especificaro inversor através da corrente nominal do motor.

2 - Os modelos de inversores CFW09 de 6, 7 e 10 A, na tensão 220-230 V, podem opcionalmente ser alimentados por rede monofásica, semredução de corrente (potência) nominal de saída.

3 - Os modelos com correntes iguais ou superiores a 44A / 500-600 V e todos os modelos 500-690 V e 660-690 V não requerem impedância delinha mínima, porque possuem indutor no link CC interno no produto padrão.

4 - Os valores apresentados entre parênteses referem-se à corrente nominal de saída para alimentação em 660 e 690 V.

2,9 4,24,2 77 1010 1212 1414 1422 2727 3232 3244 5353 6363 7979 99

107(100) 147(127)147(127) 196(179)211(179) 211(225)247(225) 315(259)315(259) 343(305)343(305) 318(340)418(340) 472(428)472(428) 555(428)

100 127127 179

179225 259259 305305 340340 428

428

500

/ 525

/ 57

5 /

600

/ 66

0 / 6

90V

0002 T 5060 P S0004 T 5060 P S0007 T 5060 P S0010 T 5060 P S0012 T 5060 P S0014 T 5060 P S0022 T 5060 P S0027 T 5060 P S0032 T 5060 P S0044 T 5060 P S0053 T 5060 P S0063 T 5060 P S0079 T 5060 P S0107 T 5069 P S0147 T 5069 P S0211 T 5069 P S0247 T 5069 P S0315 T 5069 P S0343 T 5069 P S0418 T 5069 P S0472 T 5069 P S0100 T 6669 P S0127 T 6669 P S0179 T 6669 P S0225 T 6669 P S0259 T 6669 P S0305 T 6669 P S0340 T 6669 P S0428 T 6669 P S

PadrãoIncorporado

noProduto

Opcional Interno

Opcionalcom Unidade

Externa

2 1,5 3 2,23 2,2 5 3,75 3,7 7,5 5,5

7,5 5,5 10 7,510 7,5 12,5 9,215 11 15 1120 15 25 18,525 18,5 30 2230 22 30 2240 30 50 3750 37 60 4560 45 75 5575 55 100 75

100 75 150 110150 110 200 150200 150 200 150250 185 300 220300 220 350 250350 250 400 300400 300 500 370500 370 600 45090 125 110 150

110 150 160 220160 220 160 220200 275 250 350250 350 280 370280 370 315 430315 430 400 500400 500 400 500

2

4

7

8E

10E

8E

10E

500

/ 525

/ 57

5 / 6

00 V

660

/ 690

V

180211240312361450515600686855

114012831710

0180 T 3848 P S0211 T 3848 P S0240 T 3848 P S0312 T 3848 P S0361 T 3848 P S0450 T 3848 P S0515 T 3848 P S0600 T 3848 P S0686 T 3848 P S0855 T 3848 P S1140 T 3848 P S1283 T 3848 P S1710 T 3848 P S

Opcionalcom

UnidadeExterna

150 110 150 110175 131 175 131200 150 200 150250 187 250 187300 220 300 220350 260 350 260450 336 450 336500 370 500 370600 450 600 450700 500 700 500900 660 900 660

1000 730 1000 7301500 1100 1500 1100

8

9

10

-

TENSÃODA

REDEModelo Básico

CFW-09...

INVERSOR CFW-09Transistor para

Frenagem ReostáticaCorrente Nominal (A)

CT* VT*Tensão

(V)

MOTOR MÁXIMO APLICÁVEL Torque Constante Torque Variável MECÂNICA

CV kW CV kW

440

380

/ 400

/ 41

5 / 4

40 /

460

/ 480

V

575

690

219

Mec 1Mec 2 Mec 3

Mec 4Mec 5 Mec 6 Mec 7 Mec 8 Mec 10

MECÂNICAS DO CFW-09


Figura 9. 19 - Mecânicas do CFW-09

220

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9CODIFICAÇÃO

12 Hardware especial:00 = Standard (não há)H1 ... Hn = Opcional com versão de hardware especial H1... HnHD = Modelos a partir de 105A na tensão 220V e a partirde 86A nas tensões 380-480V, possuem alimentação pelolink DCHC/HV = Os inversores CFW09 das mecânicas 2 até 8dispõem de uma linha de indutores para o link CC jáincorporados ao produto. Para solicitar o inversor com oindutor já montado, basta adicionar a codificação “HC”(para inversor operando em Torque Constante) ou “HV”(para inversor operando em Torque Variável).

13 Software especial:00 = Standard (não há)S1 ... Sn = Opcional com versão de software especial S1 ...SnSF = Protocolo Metasys N2SC = Funções para guindastesSN = Bobinador I com cálculo de forçaSQ = Versão especial para Kit Device Net Drive Profile

14 Fim de código:Z = Dígito indicador de final de codificação do produto

9 Frenagem:00 = Standard (vide tabela de especificações)DB = Opcional com frenagem reostática incorporadainternamenteRB = Unidade retificadora regenerativa (modelos a partirde 105A na tensão 220V e a partir de 86A nas tensões 380-480V)

10 Cartões de expansão de funções:00 = Standard (não há)A1 = Opcional com EBA . 01-CFW09A2 = Opcional com EBA . 02-CFW09A3 = Opcional com EBA . 03-CFW09B1 = Opcional com EBB . 01-CFW09B2 = Opcional com EBB . 02-CFW09B3 = Opcional com EBB . 03-CFW09B4 = Opcional com EBB . 04-CWF09B5 = Opcional com EBB . 05-CWF09C1 = Opcional com EBC . 01-CWF09C2 = Opcional com EBC . 02-CWF09C3 = Opcional com EBC . 03-CWF09P1 = Opcional com cartão PLC1.01P2 = Opcional com cartão PLC2.00

11 Cartões para redes de comunicação “FieldBus”:00 = Standard (não há)PD = Opcional KFB - PD (Rede Profibus DP)DN = Opcional KFB - DN (Rede Device Net)DD = Opcional KFB - DD (Rede Device Net Drive Profile/Software Especial)

1 Inversor de freqüência WEG família CFW-09

2 Corrente nominal de saída do inversor emtorque constante (CT):

3 Alimentação de entrada do inversor:T = Trifásica

4 Tensão de alimentação:2223 = Faixa 220 ... 230 V3848 = Faixa 380 ... 480 V5060 = Faixa 500 ... 600 V5069 = Faixa 500 ... 690 V6669 = Faixa 660 ... 690 V

5 Idioma do manual do produto:P = PortuguêsE = InglêsS = Espanhol

6 Versão do produto:S = StandardO = com Opcionais

7 Grau de proteção:00 = Standard (vide tabela de características)N4 = NEMA 4x IP56 (modelos até 10cv)

8 Interface Homem - Máquina (HMI):00 = Standard (com HMI de LED’s + LCD)IL = Opcional com HMI somente de LED’sSI = Sem HMI

CFW09 0016 T 3848 P O 00 SI DB A1 DN H1 S3 Z

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Exemplos:CFW09 0013 T 2223 P S ZCFW09 0105 T 3848 P O IL A1 PD ZCFW09 0086 T 3848 P O SI DB B2 MR S3 Z

380 - 480 V0003 = 3,6 A0004 = 4,0 A0005 = 5,5 A0009 = 9,0 A0013 = 13 A0016 = 16 A0024 = 24 A0030 = 30 A0038 = 38 A0045 = 45 A0060 = 60 A0070 = 70 A0086 = 86 A0105 = 105 A0142 = 142 A0180 = 180 A0211 = 211 A0240 = 240 A0312 = 312 A0361 = 361 A0450 = 450 A0515 = 515 A0600 = 600 A0686 = 686 A0855 = 855 A1140 = 1140 A1283 = 1286 A1710 = 1710 A

220 - 230 V0006 = 6,0 A0007 = 7,0 A0010 = 10 A0013 = 13 A0016 = 16 A0024 = 24 A0028 = 28 A0033 =33 A0038 =38 A0045 = 45 A0054 = 54 A0070 = 70 A0086 = 86 A0105 = 105 A0130 = 130 A0142 = 142 A0180 = 180 A0240 = 240 A0361 = 361 A

500 - 600 V0002 = 2,9 A0004 = 4,2 A0007 = 7,0 A0010 = 10 A0012 = 12 A0014 = 14 A0022 = 22 A0027 = 27 A0032 = 32 A0044 = 44 A0053 = 53 A0063 = 63 A0079 = 79A

500 - 690 V0107 = 107 A0147 = 147 A0211 = 211 A0247 = 247 A0315 = 315 A0343 = 343 A0418 = 418 A0472 = 472 A

660 - 690 V0100 = 100 A0127 = 127 A0179 = 179 A0225 = 225 A0259 = 259 A0305 = 305 A0340 = 340 A0428 = 428 A

221

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9DIMENSÕES E PESO

TENSÃODA

REDEModelo Básico

CFW-09...

INVERSOR CFW-09

Transistor paraFrenagemReostática

Corrente Nominal(A)

CT* VT*

Tensão(V)

MOTOR MÁXIMO APLICÁVEL

TorqueConstante (CT*) / Variável (VT*)

MECÂNICA

HP kW

0006 T 2223 P O N4 Z 6 1,5 1,10007 T 2223 P O N4 Z 7 2 1,5 1

2200010 T 2223 P O N4 Z 10 3 2,20016 T 2223 P O N4 Z 16 5 3,7 20003 T 3848 P O N4 Z 3,6 1,5 1,10004 T 3848 P O N4 Z 4 2 1,5 10005 T 3848 P O N4 Z 5,5 3 2,2

3800009 T 3848 P O N4 Z 9 5 3,70013 T 3848 P O N4 Z 13 7,5 5,5 20016 T 3848 P O N4 Z 16 10 7,5

220-

230

380-

480

*CT = Torque Constante ( T carga = CTE ); VT = Torque Variável ( Ex.: Torque Quadrático => T carga ~ n2 )

NEMA 1 / IP 20

MECÂNICA LARGURA ALTURA PROFUNDIDADE PESO“ l “ (mm) “ H “ (mm) “ P “ (mm) (kg)

1 143 210 3,0196

2 182 290 5,33 223 390 174 250 475 274 225 550 306 335 675 43

3007 835 558 410 975 370 80

8E 410 1145 370 1159 688 1020 190

49210 700 1185 230

10E 700 1185 582 310

NEMA 4X / IP 56

MECÂNICA LARGURA ALTURA PROFUNDIDADE PESO“ l “ (mm) “ H “ (mm) “ P “ (mm) (kg)

1 234 360 10221

2 280 410 15

Inversores de freqüência CFW09 com grau deproteção NEMA 4x(IP56), projetados para ambientesaltamente agressivos tais como:

• Indústria química

• Petroquímica

• Frigoríficos

• Demais aplicações onde necessitam de total proteçãoao equipamento eletrônico.

PADRÃOincorporadono produto

PADRÃOincorporadono produto

Figura 9. 20 - NEMA Shark

222

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9FUNÇÕES ESPECIAIS

Multi-speedO motor pode ser acionado em até 8 velocidades pré-programadas, via software, pelo usuário. Estasvelocidades são comandadas através da combinação de3 entradas digitais no inversor, as quais podem seracionadas por quaisquer tipos de atuadores externos,tais como: fins-de-curso, fotocélulas, sensores deproximidade, relés e contatores auxiliares, chaves ebotões seletores, etc.

Regulador PID SuperpostoIncorporado ao software do inversor este reguladordestina-se as aplicações onde há necessidade docontrole de uma variável do processo (Ex.: vazão, pres-são, nível, peso, etc.), indiretamente pela variação davelocidade do motor. Para isto, o inversor deverá terum setpoint (programado pelo usuário) e receber umsinal de realimentação do sensor de medição davariável do processo, formando desta forma umamalha fechada.Este recurso elimina a utilização de um controlador PIDexterno para controlar o processo, proporcionandoassim uma economia adicional nos custos do sistema.

Rampa "S"Este recurso permite ao usuário substituir asconvencionais rampas de aceleração e desaceleração"lineares" por rampas tipo "S", as quais impõem aomotor e a carga maior suavidade nos instantes departida/frenagem e de aproximação à velocidadeajustada, o que possibilita evitar os choques mecânicosno início e no final das rampas, indesejáveis e atéimpraticáveis em algumas máquinas/processos.

Velocidade (rpm)

linear

50% S

100% S

taccel tdecel

t (s)

CFW-09

M3~

Ref. Vazão ou

Pressão

Fluído

Sensor

Bomba

PI

R

X

1

D

fs

DI

n1

n2

n3

n4

n5

n6

n7

n8

4

0

0

0

0

1

1

1

1

5

0

0

1

1

0

0

1

1

6

0

1

0

1

0

1

0

1

Figura 9.21 -

Figura 9.22 -

Figura 9.23 -

223


Ride-ThroughA finalidade da função Ride Through é fazer com que oinversor mantenha o motor girando durante a falta derede, sem interrupção ou memorização de falha. Aenergia necessária para a manutenção do conjunto emfuncionamento é obtida da energia cinética do motor(inércia) através da desacelaração do mesmo. Noretorno da rede o motor é reacelerado para avelocidade defenida pela referência.

Curva U/F AjustávelA alteração da curva U/F padrão tem como finalidadepossibilitar o acionamento de motores especiais comtensões nominais em freqüências nominais (base)diferentes da freqüência da rede.Nestes casos, esta função permite ao usuário deslocar afreqüência "base", aquela na qual o inversor impõe atensão nominal ao motor, para uma nova freqüênciaacima ou abaixo da freqüência convencional (Ex.: 60Hz)Exemplo de aplicação:Máquina de acabamento de madeiraMotor especial com Unom = 220V à fnom = 200Hz

Rejeição de Velocidades CríticasEsta função permite ao inversor a possibilidade deevitar a operação do motor em determinadasvelocidades críticas que possam provocar ressonânciano sistema mecânico motor/carga, causando vibraçõese ruídos indesejáveis. Pode ser programado emsoftware, pelo usuário, até 3 pontos de velocidadescríticas à serem evitadas, assim como as "bandas" ideaisem torno de cada velocidade ressonante de forma anão comprometer a performance do sistema mecânico.

Velocidadedo Motor (rpm)

ReferênciaVelocidade (rpm)

t0 - Falta de rede;t1 - Detecção da falta de rede;t2 - Atuação da Substensão (E02 sem Ride-Through);t3 - Retorno da rede;t4 - Detecção do retorno da rede;t5 - Atuação da Subtenção (E02 com Ride-Through).

RetornoFalta

Ride Through

Subtensão (75%)

t0 t1 t2 t3 t4 t5

E02

Tensão do link CC

Tempo

U

f1 f2fnom

Unom

f

Figura 9.24 -

Figura 9.25 -

Figura 9.26 -

FUNÇÕES ESPECIAIS

224


FREQÜÊNCIAMVW-01

A WEG é o único fornecedor brasileiro de sistemas devariação de velocidade em média tensão que fabricatodas as partes integrantes: cubículo de entrada,transformador a seco ou a óleo, inversor de frequênciae motor de média tensão. O inversor de frequênciaMVW-01 apresenta tecnologia estado da arte atravésde uma estrutura multiníveis com IGBTs de alta tensão(6,5 kV), reduzindo as correntes harmônicas no motor aníveis extremamente baixos. A configuração doretificador de entrada em 12 ou 18 pulsos permite altofator de potência na rede de alimentação atendendoplenamente a norma IEEE 519.Na parte de controle, o MVW-01 possue umaarquitetura com multiprocessamento utilizandoprocessadores de 32 bits (barramento de 64 bits) commatemática em ponte-flutuante e alta rapidez,garantindo alto desempenho no controle do motor.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS• Totalmente digital com processador de alta

performance 32 bits (barramento de 64 bits);• Interface Homem-Máquina (LCD/LED) destacável

com duplo display de fácil manuseio;

Figura 9.27 - MVW-01

225

MODELOS

LINHA DE INVERSORES DE FREQÜÊNCIA WEG9• Tensões do motor: 3,3 ou 4,16 kV;• Potências até 2250 cv;• Montado em painel IP 21/NEMA 1;• Refrigeração a ar;• Retificador de entrada de 12 pulsos (18 pulso

opcional): alto fator de potência (>0,95);• Topologia de potência multinível (NPC 3/5 níveis);• Fibra óptica entre potência e controle;• Tensão imposta;• Semicondutores de Potência de alta tensão (6,5 kV)

reduzindo o número de componentes sem anecessidade de conexão em série, resultando em altaeficiência /confiabilidade;

• Capacitores de potência de filme plástico a seco dealta confiabilidade e longa vida útil;

• Fácil manutenção (braços de potência extraíveis).

85 100 500 400 600 450100 112 600 450 700 500112 138 700 500 800 630138 150 800 630 900 710150 160 900 710 1000 800160 188 1000 800 1250 900186 244 1250 900 1500 1120235 265 1500 1120 1750 1250265 310 1750 1250 2000 1400310 365 2000 1400 2250 160070 80 500 400 600 45080 94 600 450 700 50094 110 700 500 800 630110 120 800 630 900 710120 130 900 710 1000 800130 160 1000 800 1250 900162 170 1250 900 1350 1000170 188 1350 1000 1500 1120188 245 1500 1120 2000 1400250 286 2000 1400 2250 1600

Tensão Nominal(V)

Corrente Nominal Inversor(A)

CT VT

Torque Constante (CT)

cv kW cv kW

Torque Variável (VT)

Motor Aplicável*

3300

4160

* Potências orientativas, especificar o inversor através da corrente nominal do motor.

226

CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS


ALIMENTAÇÃO DE POTÊNCIA Tensões 3300 ou 4160V (+ 10%, -20% com redução da potência de saída)Freqüência 50 ou 60 Hz (especificar)+-3%Desbalanceamento entre Fases <3%Cos ϕ >0,97

ALIMENTAÇÃO AUXILIAR Tensões 220, 380, 400, 415, 440, 460 ou 480 VFreqüência 50 ou 60 Hz, )+-3%Desbalanceamento entre Fases <3%

GRAU DE PROTEÇÃO Standard NEMA 1 / IP21 DIMENSÕES Largura / Altura / Profundidade (mm) 2400 / 2300 / 980 CONTROLE Microprocessador 32 bits

Método de Controle PWM senoidal SVM (Space Vector Modulation) e pulsos ótimos (OPP)Digital

Tipos de Controle Tensão Imposta – V/FChaveamento Transistor IGBT de alta tensão (HV – IGBT)Variação de freqüência 0 ... 100 HzSobrecarga admissível 150 % durante 60 seg. a cada 10 min. (1,5 x I nom. – CT)

115 % durante 60 seg. a cada 10 min. (1,15 x I nom. – VT)Rendimento Maior que 97%

PERFORMANCE Controle de Velocidade (Modo Escalar) Regulação 0,5 % da velocidade nominal c/ compensação de escorregamento V / F Resolução: 1 rpm (referência via teclado)

Faixa de regulação de velocidade: 1:20 ENTRADAS Analógicas 2 Entradas diferenciais programáveis ( 10 bits ): 0...10 V, 0...20 mA ou 4...20 mA

1 Entrada programável isolada ( 10 bits ): 0 ... 10 V, 0...20 mA ou 4...20 mA1 Entrada programável bipolar ( 14 bits ): -10 ... + 10 V, 0...20 mA ou 4...20 mA 1 Entrada programável isolada ( 10 bits ): 0 ... 10 V, 0...20 mA ou 4...20 mA

Digitais 8 Entradas programáveis isoladas : 24 Vcc1 Entrada programável isolada : 24 Vcc 1 Entrada programável isolada : 24 Vcc ( para Termistor-PTC do motor )

SAÍDAS Analógicas 2 Saídas programáveis ( 11 bits ) : 0 ... 10 V2 Saídas programáveis isoladas ( 11 bits ) : 0 ... 20 mA ou 4 ... 20 mA2 Saídas programáveis bipolares ( 14 bits ) : - 10 ... + 10 V 2 Saídas programáveis isoladas ( 11 bits ) : 0 ... 20 mA ou 4 ... 20 mA

Relé 5 Saídas programáveis, contatos NA/NF ( NO/NC ) : 240 Vca, 1 ATransistor 2 Saídas programáveis isoladas OC : 24 Vcc, 50 mA

COMUNICAÇÃO Interface Serial RS-232 (ponto a ponto)RS-485 , isolada , via cartões EBA ou EBB ( multiponto até 30 inversores )

Redes “ FieldBus ’’ Modbus RTU (software incorporado) via interface serial RS-485Profibus DP ou DeviceNet via kits adicionais KFB

SEGURANÇA Proteções Sobretensão no circuito intermediário Curto-circuito na saída(memória das últimas 10 falhas/ Subtensão no circuito intermediário Curto-circuito fase-terra na saídaalarmes com data e hora) Sobretemperaturas no inversor e no motor Erro externo

Sobrecorrente na saída Erro de autodiagnose e de programaçãoSobrecarga no motor ( i x t ) Erro de comunicação serialSobrecarga no resistor de frenagem Falta de fase na alimentaçãoErro na CPU (Watchdog) / EPROM Falha de conexão da interface HMI

CONDIÇÕES AMBIENTE Temperatura 0 ... 40 °C ( até 50 °C com redução de 2,5% / °C na corrente de saída )Umidade 5 ... 90% sem condensaçãoAltitude 0 ... 1000 m ( até 4000 m com redução de 10% / 1000 m

ACABAMENTO Cor Cinza Ultra Fosco (Portas)Azul Ultra Fosco (Base, Teto, Venezianas)

CONFORMIDADES / NORMAS Compatibilidade Eletromagnética EMC diretiva 89 / 336 / EEC – Ambiente IndustrialNorma EM 61800-3 (EMC – Emissão e Imunidade)

CEI – IEC 61800 Adjustable Speed Electrical Power Drive SystemPart 4 – General RequirementsPart 5 – Safety Requirements

INTERFACE HOMEM-MÁQUINA Comando Liga / Desliga , Parametrização ( Programação de funções gerais )Incrementa / Decrementa VelocidadeJOG, Inversão de sentido de rotação e Seleção Local / Remoto

Supervisão (Leitura) Referência de velocidade (rpm) Corrente de saída no motor (A)Velocidade no motor (rpm) T ensão de saída no motor (V)Valor proporcional à velocidade (Ex.: m/min) Estado do inversorFrequência de saída no motor (Hz) Estado das entradas digitaisTensão no circuito intermediário (V) Estado das saídas digitais transistor)Torque no motor (%) Estado das saídas a reléPotência de saída (kW) Valor das entradas analógicasHoras de produto energizado (h) 100 últimos erros em memória c/ data e horaHoras de funcionamento / trabalho ( h ) Mensagens de Falhas/Alarmes

RECURSOS / Opcionais Interface Homem-Máquina Remota NEMA 4 ( Display LCD ) FUNÇÕES DISPONÍVEIS Cabo para Interligação da HMI Remota (1; 2; 3; 5; 7,5 e 10 m)

Tampa cega para HMI localTampa cega para HMI remotaKit moldura para interface remotaCartões de Expansão de FunçõesKits para redes de Comunicação FieldBus (instalação interna ao inversor) ProfiBus DP

DeviceNetKit SUPERDRIVE com Interface Comunicação Serial RS-232 (Inversor – Micro PC)

227

BLOCODIAGRAMA


DISJUNTORPRINCIPAL

CUBÍCULO DE ENTRADA

TRANSFORMADORDE ENTRADA

RETIFICADOR DEENTRADA

A DIODOS 12 PULSOS(18 OU 24 PULSOS

OPCIONAIS)

CAPACITORES LINK CC

INVERSOR MULTINÍVELNPC (3/5 NÍVEIS)

HV-IGBT

INVERSOR DEFREQUÊNCIADE DE MÉDIA

TENSÃO

MOTOR DE INDUÇÃODE MÉDIA TENSÃO

3,3 kV ... 4,16kV

Figura 9.28 - Blocodiagrama do MVW-01

Anexo ICÁLCULO DO MOMENTO DE INÉRCIA DEMASSA

1. Momento de inércia de formas simples

2. Teorema dos eixos paralelos

3. Momento de inércia de formascompostas

4. Momento de inércia de corpos que semovem linearmente

5. Transmissão mecânica

6. Exemplos de cálculos de momento deinércia de massa

Cálculo do momento de inércia de massa

Cálculo do momento de inércia total

231

A seguir são apresentadas as expressões para o cálculodo momento de inércia de massa J [kgm2] de formasgeométricas simples, em relação ao seu eixobaricêntrico, ou seja, o eixo que passa pelo seu centrode gravidade. Todas as unidades deverão ser as doSistema Internacional (SI).

Serão utilizadas as seguintes notações:

m – massa [kg]

ρ – massa específica [kg/m3]

D – diâmetro externo [m]

d – diâmetro interno [m]

Db – diâmetro da base [m]

l – comprimento [m]

a, b – lados [m]

DISCO OU CILINDRO MACIÇOO momento de inércia de massa de um disco, ou de umcilindro maciço, referido ao seu eixo longitudinal é

J = 1/8 * m * D2 [kgm2],(A1.1)

ou

J = π/32 * ρ * D4 * l [kgm2]

(A1.2)

CÁLCULO DO MOMENTO DEINÉRCIA DE MASSA

1. MOMENTO DEINÉRCIA DE FORMASSIMPLES

ANEXO

1

232

CILINDRO OCO

J = 1/8 * m * (D2 + d2) [kgm2](A1.3)

ou

J = π/32 * ρ * (D4 - d4) * l [kgm2]

(A1.4)

PARALELEPÍPEDO

J = 1/12 * m * (a2 + b2) [kgm2](A1.5)

ou

J = 1/12 * ρ * (a3b + ab3) * l [kgm2]

(A1.6)


ANEXO

1

233

CONE

J = 3/40 * m * Db2 [kgm2]

(A1.7)ou

J = π/160 * ρ * Db4 * l [kgm2]

(A1.8)

O momento de inércia de massa J’ [kgm2] de um corpoem relação a um eixo paralelo ao seu eixo baricêntricoé dado por

J’ = J + m * e2

(A1.9)

Sendo: e – distância entre os eixos [m], eJ – momento de inércia de massa em relação

ao eixo baricêntrico

2. TEOREMA DOS EIXOSPARALELOS


ANEXO

1

234

Exemplo:

J1 = 1/8 * m1 * (D12 + d1

2) [kgm2]

J2 = 1/8 * m2 * D12 + d2

2) [kgm2]

J3 = 1/8 * m3 * (D22 + d2

2) [kgm2]

J4 = 1/8 * m4 * D22 [kgm2]

ou

J1 = (π * ρ) / 32 * (D14 – d1

4) * I1

J2 = (π * ρ) / 32 * (D14 – d2

4) * I2

J3 = (π * ρ) / 32 * (D24 – d2

4) * I3

J4 = (π * ρ) / 32 * D24 * I4

J = J1 + J2 + J3 + J4 [kgm2]

Onde:

mi - massa de cada primitiva i da peça [kg]

D1, D2 - diâmetros externos [m]

d1, d2 - diâmetros internos [m]

Ii - comprimentos de cada primitiva i dapeça [m]

3. MOMENTO DEINÉRCIA DE FORMASCOMPOSTAS


ANEXO

1

235

O momento de inércia de uma massa m [kg] que semove linearmente reflete-se no seu eixo deacionamento da seguinte forma:

• Acionamento através de parafuso demovimento (fuso)

J = m * (p / 2π)2 [kgm2](A1.10)

Sendo:p – passo do fuso [m]

• Acionamento através de pinhão/cremalheira,ou tambor/cabo, ou ainda rolete/esteira

J = m * r2 [kgm2](A1.11)

Sendo:r – raio primitivo do pinhão, ou raio externo do

tambor ou rolete [m]

O momento de inércia de massa é refletido do eixo desaída (2) para o eixo de entrada (1) de umatransmissão de acordo com a seguinte expressão:

J1 = J2 / i2

(A1.12)

Onde:

J2 – momento de inércia [kgm2] no eixo desaída (2), com rotação n2 [rpm]

J1 – momento de inércia [kgm2] no eixo deentrada (1), com rotação n1 [rpm]

i – razão de transmissão (i = n1 / n2)

4. MOMENTO DEINÉRCIA DE CORPOSQUE SE MOVEMLINEARMENTE

5. TRANSMISSÃOMECÂNICA


ANEXO

1

236

• Calcular o momento de inércia de massa J dovolante mostrado na figura abaixo

• Momento de inércia do volante maciçoJ1 = (π * ρ) / 32 * d1

4 * I1

• Momento de inércia dos alívios laterais (negativo)J2 = (π * ρ) / 32 * d2

4 * (I1 – I2)

• Momento de inércia dos excessos laterais do cubo(positivo)

J3 = (π * ρ) / 32 * d34 * (I3 – I2)

• Momento de inércia do furo do cubo (negativo)J4 = (π * ρ) / 32 * d4

4 * I3

• Momento de inércia de um furo da almaJ5 = (π * ρ) / 32 * d5

4 * I2

• Transposição de e) para o eixo baricêntrico dovolante

J’5 = [(π * ρ) / 32 * d54 * I2] + [(π * ρ) / 16 * d5

2 * d62 * I2]

J’5 = (π * ρ) / 32 * d52 * I2 * (d5

2 + d62)

• Momento de inércia de massa do volanteJ = J1 – J2 + J3 – J4 – (4 * J’5)

J = (π * ρ) / 32 * {d14 * I1 – d2

4 * (I1 – I2) + d34 *

(I3 – I2) – d44 * I3 – 4 * [d5

2 * I2 * (d52 + 2 * d6

2)]}

6. EXEMPLOS DECÁLCULOS DEMOMENTO DEINÉRCIA DE MASSA


ANEXO

1

237

• Para o sistema mostrado no diagrama abaixo,calcular o momento de inércia total referidoao eixo do motor

Dados:

JM = momento de inércia de massa do rotor domotor [kgm2]

JP1 = momento de inércia de massa da poliamotora P1 [kgm2]

JP2 = momento de inércia de massa da poliamovida P2 [kgm2]

I = razão de transmissão (i = n1 / n2)

JF = momento de inércia de massa do fuso deesferas recirculantes [kgm2]

pF = passo da rosca do fuso de esferasrecirculantes [m]

mM = massa móvel da mesa da máquina [kg]

mP = massa da peça [kg]

Logo,JTOt = JM + JP1 + (1/I2) * [JP2 + JF + (pF /2π)2 * (mM +mP)]


ANEXO

1

Anexo IICORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA EREDUÇÃO DA DISTORÇÃO HARMÔNICA DAREDE EM INSTALAÇÕES COM INVERSORESDE FREQÜÊNCIA

1. Introdução

2. Distorção harmônica

3. Normas relacionadas

4. Alternativas para correção do fator depotência e redução de correntesharmônicas

5. Conclusão

241

É inegável a utilização cada vez maior de inversores defreqüência para o controle de velocidade de motores.Sua utilização na área industrial é prática comum etambém cresce nas áreas comerciais e domésticas(refrigeração, condicionamento de ar, eletrodomésticos,etc). A variação da velocidade dos motores através deinversores traz como vantagens a melhoria daeficiência dos processos/equipamentos e também nouso mais racional da energia elétrica.

Devido as características do circuito de entrada dosinversores, normalmente constituído de um retificadora diodos e um banco de capacitores de filtro, a suacorrente de entrada (drenada da rede) possui umaforma de onda não senoidal contendo harmônicas dafreqüência fundamental. Estas correntes harmônicascirculando nas impedâncias da rede de alimentaçãoprovocam quedas de tensão harmônicas distorcendo atensão de alimentação do próprio inversor ou de outrosconsumidores. Como efeito destas distorçõesharmônicas de corrente e tensão podemos ter oaumento de perdas elétricas nas instalações com sobre-aquecimento dos seus componentes (cabos,transformadores, bancos de capacitores, motores, etc),falhas no funcionamento de equipamentos eletrônicosbem como um baixo fator de potência.

O conceito de “Power Quality (PQ)”, que pode sertraduzido como qualidade da energia elétrica, temganho cada vez mais importância e algumas empresastêm adotado normas para garantir um determinadonível deste, nos sistemas elétricos de potênciaprojetados e colocados em funcionamento nas suasinstalações. Isto exige conhecimento técnico dascaracterísticas elétricas de entrada dos inversores defreqüência e sua interação com o sistema elétrico.

Os objetivos deste artigo são o de analisar os princípiosda geração de harmônicos dos inversores defreqüência destinados ao acionamento de motores, osefeitos causados na rede elétrica de alimentação e asopções que podem ser empregadas para minimizaçãodestes efeitos.

1. INTRODUÇÃO

CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃODA DISTORÇÃO HARMÔNICA

ANEXO

2

242

A grande maioria dos inversores de freqüência paramotores de indução apresenta uma corrente deentrada (corrente consumida da rede elétrica CA) comforma de onda não senoidal. O circuito de entrada maisfreqüentemente encontrado constitue-se basicamentede uma ponte retificadora de diodos monofásica outrifásica, dependendo da potência do inversor defreqüência, e um banco de capacitores de filtroconectado a saída deste retificador (no denominadocircuito intermediário), como mostrado na figura 1.Para potências maiores é comum a adição deimpedâncias limitadoras tais como reatâncias de rede(Lr) ou bobinas CC (Lcc) no circuito intermediário,localizadas interna ou externamente aos inversores defreqüência.

O espectro das formas de onda da corrente (Ir)consumida da rede apresenta um valor fundamental(componente de 50 ou 60Hz) e harmônicas de ordemsuperior. Em geral as harmônicas de ordem parpossuem amplitudes desprezíveis assim como as deordem múltiplas de 3 para os casos de alimentaçãotrifásica.

A conexão destes inversores de freqüência a uma redeelétrica ocasiona uma distorção na tensão devido aqueda na impedância série da rede, a qual é devidanormalmente a impedância série de transformadores ea impedância dos cabos de interconexão. Estaimpedância é representada por uma indutância pura(Ls) para efeito de análise. A amplitude das harmônicasde tensão no PCC podem ser calculadas se conhecidosos valores da reatância de rede e das amplitudes dascorrentes harmônicas:

Vh = h . 2π . f . Ls . Irh

Onde:Vh = tensão harmônica de ordem h devido a corrente

harmônica de ordem hf = freqüência da rede de alimentaçãoIrh = corrente harmônica de entrada de ordem h

É importante salientar que o circuito de entrada nãopode ser caracterizado como uma fonte de correntesharmônicas como comumente é feito para osacionamentos de corrente contínua, pois as harmônicasda corrente de entrada são dependentes como uma

2. DISTORÇÃOHARMÔNICA

2.1 ORIGENS

ANEXO

2 CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃODA DISTORÇÃO HARMÔNICA

243

função não linear da soma dos valores das reatânciaspresentes na entrada do retificador (Lr ou Lcc) e dareatância de rede (Ls). Uma vez conhecidas asreatâncias, as harmônicas de correntes podem sercalculadas ou facilmente obtidas através de simulação.

Figura 1 - Circuito de potência típico dos inversores de freqüência

O ponto de interesse para se avaliar o valor dadistorção harmônica de tensão é o denominado Pontode Conexão Comum (PCC) que é o ponto onde sãoconectados os Inversores de Freqüências e as demaiscargas alimentadas por esta rede. Como figura demérito para se avaliar a distorção harmônica da redeelétrica no PCC utiliza-se a Distorção Harmônica Totalde Tensão (no inglês denominada por THD) e definidacomo segue:

THD(V)% = 100 . –––––––––––

onde:V = amplitude da onda fundamental de tensão (50

ou 60Hz);Vh = amplitude da harmônica de tensão de ordem h

[em muitas aplicações práticas a medição eanálise é limitada a 31ª harmônica (h=31) semsacrifício da precisão].

Além da distorção harmônica da tensão outra grandezade interesse é o fator de potência na entrada. O fatorde potência considerado é o chamado fator de potênciatotal (FP). Não confundir com o COS φ1 da onda

2.2 DEFINIÇÕES

∑ Vh2

V1

∞

h = 2

ANEXO

2CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃODA DISTORÇÃO HARMÔNICA

244

fundamental. O fator de potência é definido comosegue:

(entrada trifásica)

PeFP = ––––––––––––

√3 . Ie . Ve

(entrada monofásica)

PeFP = ––––––––––––

Ie . Ve

Onde:Pe = potência ativa na entrada do inversor de

freqüência [W]Ie = corrente na entrada do inversor de freqüência

[A]Ve = tensão na entrada do inversor de freqüência [V]

O fator de potência na entrada também pode serexpresso em função da distorção harmônica decorrente e do COS φ1 da fundamental como segue:

COSφ1FP = ––––––––––––

1 + μ2

Onde:COSφ1 = fator de potência da onda fundamental

μ = distorção harmônica de corrente, definida pelaequação:

μ = –––––––––––––

ANEXO

2

∑ Ih2

I1

h

2

CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA E REDUÇÃODA DISTORÇÃO HARMÔNICA

245

Pelas equações nota-se que quanto menor a distorçãoharmônica de corrente mais o fator de potência total seaproxima do fator de potência da onda fundamental.

Na prática o COS φ1 da onda fundamental é muitopróximo de 1. Portanto, um método eficaz paraaumento do FP é o da redução das amplitudes dasharmônicas da corrente de entrada, o que pode serconseguido através de diversos métodos a seremmostrados posteriormente.

Os valores característicos dos circuitos de entrada dosinversores de freqüência estão indicados na Tabela 1para redes monofásicas e na Tabela 2 para redestrifásicas.

2.3 OBTENÇÃO DASHARMÔNICAS DECORRENTE

Tabela 1 - Valores característicos do circuito de entrada de inversores de freqüência para redesmonofásicas. Valores expressos em percentual da corrente nominal de saída do inversor.

X Ir1 Ir3 Ir5 Ir7 Ir9 Ir11 Ir13 Ir15 Irms THD(I) FP

0,5 160 138,8 103,0 63,2 30,1 12,8 11,9 10,2 247 117 0,64

1 160 128,6 82,2 38,0 13,7 12,4 8,8 5,3 225 99 0,69

2 160 115,4 57,9 17,7 12,8 8,4 5,3 4,4 207 82 0,73

3 160 105,6 43,3 13,3 11,5 5,8 5,3 3,1 198 72 0,75

4 160 98,1 33,6 12,8 9,3 5,3 4,0 2,6 191 66 0,76

5 160 91,5 26,5 12,8 7,1 5,3 3,1 2,6 187 60 0,77

Tabela 2 - Valores característicos do circuito de entrada de inversores de freqüência para redestrifásicas. Valores expressos em percentual da corrente nominal de saída do inversor.

X Ir1 Ir5 Ir7 Ir11 Ir13 Irms THD(I) FP

0,5 93 72,2 54,8 21,4 9,8 131 101 0,69

1 93 63,7 42,3 9,4 6,0 121 84 0,75

2 93 47,3 24,2 6,7 4,9 106 59 0,83

3 93 37,3 14,9 6,7 3,4 99 45 0,88

4 93 32,7 11,0 6,3 3,0 96 39 0,90

5 93 29,6 8,7 5,8 3,0 96 35 0,91

ANEXO


246

As tabelas 1 e 2 indicam os valores das correntesharmônicas Irh de ordem h e da corrente eficaz deentrada expressas em percentual da corrente nominalde saída do inversor de freqüência. O valor da taxa dedistorção harmônica de corrente THD(I) é definido por:

THD(I)% = 100 . –––––––––––

Os valores são indicados em função do valor da quedade tensão percentual nas reatâncias indutivaspresentes no circuito de entrada do inversor defreqüência ( Ls + Lr + Lcc/2 da figura 1) quandopercorridos pela corrente de saída nominal do inversor.

Muitas empresas utilizam integralmente ou em parteos requisitos desta norma para criar suas própriasnormas e critérios internos de especificação.Em 1981 o IEEE (Institute of Electrical and ElectronicEngineers) estabeleceu os riscos e recomendou níveisde distorção harmônica de tensão em seu “paper”IEEE-519. Este documento foi revisado em 1992 paraincluir níveis máximos recomendados de distorçãoharmônica de corrente.Esta norma define um THD máximo de 3% paraSistemas em Geral (General System) valor estemostrado na tabela 10.2 desta norma aquireproduzida.

∑ Irh2

Ir1

∞

h = 2

3. NORMASRELACIONADAS

Tabela 3 - Reprodução da Tabela 10.2 da IEEE-519 -“Low-Voltage System Classification andDistortion Limits” (Classificação de Sistemas de Baixa Tensão e Níveis de Distorção).

Aplicações Sistemas SistemasEspeciais Genéricos Dedicados

“Profundidade dos Notches” 10% 20% 50%THD (V) 3% 5% 10%

Área dos Notches 16.400 22.800 36.500

Aplicações especiais incluem hospitais e aeroportos.Um sistema dedicado é exclusivamente dedicado para alimentar o conversor.

ANEXO


247

Para uma análise de atendimento dos requisitos destanorma é necessário termos informações da instalação(impedância % ou impedância de curto-circuito dostransformadores, corrente de demanda nominal,bitolas e comprimento de cabos, tipo e localização dascargas, etc) e informações dos inversores de freqüênciafornecidas pelo fabricante (amplitude das harmônicasde corrente).Na Europa estão previstas a adoção de normas quelimitam as harmônicas de corrente consumidas pelosinversores de freqüência. Estas normas são normas deproduto diferentemente da IEEE-519 a qual não limitaas harmônicas do inversor de freqüênciaindependentemente, mas sim o seu efeito no sistema. Anorma EN 61800-3: 1996 – “Adjustable speedelectrical power drive systems” (dispositivos de driveselétricos de potência com velocidade variável) – Part 3– “EMC product standard including specific testmethods” (norma de EMC incluindo métodos de testeespecíficos) estabelece que os fabricantes de inversoresde freqüência deverão disponibilizar informaçõessobre os níveis de harmônicas de corrente sob carganominal como um percentual da corrente nominal. Osvalores devem ser mostrados para ordem deharmônicas até pelo menos a 25ª sob certas condiçõesde rede: razão de curto-circuito (Rsc) = 250, 1% dedistorção inicial em tensão e impedância da redepuramente indutiva. Para equipamentos com correntede entrada <16A é necessário o atendimento dosrequisitos da norma IEC 1000-3-2 – “Harmonic limitsfor equipment with input currents <16A per phase(limites de harmônicas para equipamentos com correntesde entrada <16A por fase) a qual substitui a antiga IEC555-2. Para equipamentos com correntes >16A oatendimento da futura norma IEC 1000-3-4 érecomendado.

A IEC 1000-3-2 publicada em 1995 para ser seguida apartir de 1º de Janeiro de 1997, foi adiadaprimeiramente para 1º de Junho de 1998 e maisrecentemente para 1º de Janeiro de 2001. As dataspara obrigatoriedade do atendimento destas normasna Europa tem sofrido várias alterações, sendo muitasvezes difícil se chegar a um consenso sobre um assuntocomplexo e que requer dos fabricantes de inversoresde freqüência alterações substanciais nos projetos paracumprimento dos requisitos, com reflexoprincipalmente no custo.

ANEXO


248

O uso de capacitores para correção de fator depotência em redes elétricas que alimentam inversoresde freqüência pode ocasionar problemas comoressonâncias série ou paralela na rede elétricaexcitadas pelas harmônicas da corrente consumidapelos inversores. Além disto os capacitores podem sersobrecarregados por estas correntes harmônicas. Osriscos de problemas são tanto maiores quanto maior foro peso das cargas não lineares em relação as lineares equanto mais próximo os capacitores estiverem destascargas.Para reduzir o risco de problemas no uso destescapacitores sugere-se o seguinte:• somente utilizar capacitores para correção de fator

de potência quando as correntes consumidas pelosinversores e outras cargas não-linearesrepresentarem no máximo 20% da corrente total dedemanda. Neste caso os capacitores corrigem o fatorde potência somente das cargas lineares.

• utilizar sempre reatores em série com os capacitores.• posicionar os capacitores fisicamente longe dos

inversores, se possível na alta tensão.• dimensionar os capacitores considerando as

correntes de 60Hz e das harmônicas.

A introdução de uma indutância em série com aalimentação (reatância de rede) ou no circuitointermediário (bobina cc),acarreta uma melhora dofator de potência (aumento) e uma diminuição dadistorção harmônica da corrente como mostrado nafigura 2.

Para drives com entrada trifásica e potência maior que15HP é prática comum o uso de reatância de rede naentrada destes.

Como vantagens adicionais da reatância de rede estãoa redução da corrente eficaz nos diodos do retificador,redução da corrente de ripple nos capacitores docircuito intermediário e a limitação da área dos“notches”, provocados por curto-circuitosmomentâneos da rede elétrica devidos à conduçãosimultânea dos diodos do retificador. A área dos“notches” possui limites definidos na norma IEEE-5191992. A reatância de rede ainda reduz a incidência debloqueio dos drives por sobretensão no circuitointermediário devido a surtos de tensão na rede

4. ALTERNATIVAS PARACORREÇÃO DOFATOR DE POTÊNCIAE REDUÇÃO DASCORRENTESHARMÔNICAS

4.1 CAPACITORES

4.2 REATÂNCIA DE REDEE BOBINA CC

ANEXO


249

elétrica. Neste caso, pelo fato destes transientes quecausam sobretensão serem de modo diferencial, oefeito limitador da reatância de rede é maior quandocomparado a bobina cc pelo fato da indutânciaaparecer de forma duplicada.

Na figura 2 podemos ver que a introdução de umabobina cc em um drive de 25HP/440V com entradatrifásica causa uma diminuição do ripple de tensão nocircuito intermediário sem no entanto diminuir o valormédio desta tensão. A utilização de bobina cc,dependendo da combinação dos valores deimpedância de rede, indutância da bobina cc e dacapacitância do link DC, pode resultar em ressonânciasindesejadas com o sistema. A corrente de entradatambém passa de descontínua para contínua (com abobina cc) o que pode introduzir ‘notches” na tensãoda rede.

Figura 2 - Formas de onda medidas em um inversor de 25HP comalimentação trifásica em 440V/60Hz(a) Forma de onda da corrente de entrada e da tensão no circuito

intermediário sem reatância de rede e sem bobina cc(b) Forma de onda da corrente de entrada e da tensão no circuito

intermediário sem reatância de rede e com bobina cc

A inclusão da reatância de rede também provoca umadiminuição do valor da tensão média do circuitointermediário comparada aquela obtida sem reatância.A maioria dos inversores de freqüência é do tipo PWMcom índice de sobremodulação limitado, não atingindoa chamada onda quase-quadrada na saída com oobjetivo de reduzir as perdas no motor. A tensão desaída máxima é dada por:

ANEXO


250

1,05 . VdcVo, máx = ––––––––––––––

√2

Onde:Vo,máx = tensão eficaz máxima na saída do Inversor

de Freqüência (Volts)Vdc = valor médio da tensão no circuito

intermediário (Volts)

A utilização de reatância de rede que apresenta umaqueda de tensão percentual de 2 a 3% para a correntenominal do inversor de freqüência resulta num bomcompromisso entre a queda de tensão no motor,melhoria do fator de potência e redução da distorçãoharmônica da corrente.

Uma alternativa para diminuir a distorção harmônicae aumentar o fator de potência de inversores é o usode filtros sintonizados.

No caso dos inversores de freqüência com entradamonofásica o mais comum é o filtro série sintonizadona 3ª harmônica. Neste caso a distorção da corrente émenor que a obtida com a reatância de rede, sendoque a amplitude da 3ª harmônica é reduzida a zero. Atensão do circuito intermediário apresenta uma quedasignificativa em comparação ao valor obtido sem filtro.

Outra alternativa são os Filtros Sintonizados (ou FiltrosFiltros Shunt, Paralelos ou “Trap-Filters”). O uso destesfiltros, apesar de citados na IEEE-519, pode ocasionarproblemas de ressonância com a rede de alimentaçãoou pode haver a “importação de correntes harmônicas”de outras cargas não lineares, sobrecarregando o filtro.Em ambos os casos citados poderemos ter umadistorção maior da rede e/ou uma sobrecarga noscomponentes do filtro. Portanto, para uso destes filtrosfaz-se necessário uma análise detalhada envolvendotodo o sistema.

Uma alternativa recentemente proposta porfabricantes de filtros é o uso de Filtros Shunt +Reatância de Rede, como mostrado na figura 3. Váriosfiltros poderiam ser utilizados em paralelo cada umsintonizado para uma determinada harmônica. Avantagem de tal configuração é possibilitar a redução

4.3 FILTROSSINTONIZADOS

ANEXO


251

das harmônicas da corrente consumida da rede elétricasem o perigo de haver a “importação de correntesharmônicas” de outras cargas, devido ao fato do filtrooperar apenas com as harmônicas de corrente dodrive, estando “isolado” das demais cargas pelareatância série. Além disto a possibilidade deocorrerem ressonâncias com a rede elétrica éminimizada pelo fato da reatância série deslocar afreqüência natural de ressonância para um valormenor que a freqüência da rede.

O contator K1 é utilizado para desconectar oscapacitores da linha enquanto o inversor estiverdesabilitado, evitando o excesso de capacitores narede.

Figura 3 - Filtro shunt + reatância de rede

Uma nova alternativa que compete com a anteriorpara o caso de inversores de freqüência com entradatrifásica é o chamado Filtro tipo “Broad-Band”. Naprática trata-se de um filtro passa-baixa com umtransformador para regulação de tensão, comomostrado na figura 4. O transformador é necessáriopara manter a tensão do circuito intermediárioaproximadamente constante com a variação da cargado motor acionado pelo drive.

4.4 FILTROS “BROAD-BAND”

ANEXO


252

Diferente da alternativa anterior (filtro shunt +reatância de rede), problemas de “importação decorrentes harmônicas” de outras cargas ou ressonâncianão ocorrem.

Valores típicos obtidos com uso destes filtros conectadosa entrada de um drive trifásico são THD(I)=8 a 10% eFP=0,90 a 0,95 em avanço, para carga nominal e 0,20a 0,30 também em avanço para a situação do drivebloqueado.

Figura 4 - Circuito do Filtro Broad-Band

Outro método muito eficaz para atenuação dasharmônicas de corrente são os equipamentos paracorreção ativa que são instalados em paralelo com aalimentação e externamente aos inversores. Estesequipamentos possuem um circuito de controle que fazcom que absorvam uma corrente reativa de forma acompensar os reativos do inversor (figura 5). Aaplicação destes filtros ativos deverá seguir aorientação dos fabricantes destes e os níveis deatenuação serão controlados de acordo com a potênciae o número de filtros utilizados. Para inversores demaior potência é necessário o uso de diversos filtros emparalelo.

Uma característica destes filtros é que, para quetenham um funcionamento eficiente, a velocidade deresposta de controle deve ser alta. Na prática istosignifica que, além de algoritmos de controle comresposta rápida, os semicondutores de potência destesequipamentos devem operar com freqüências dechaveamento altas (maior que 10KHz), o que implicaem gastos de energia adicionais e custo elevado.

4.5 FILTROS ATIVOS

ANEXO


253

O uso correto deste tipo de filtro reduz drasticamente adistorção da corrente absorvida da rede elétrica.Resultados típicos obtidos com este tipo de filtro sãomostrados na figura 6.

Figura 5 - Exemplo de uso de Compensador Ativo Paralelo com Inversorde Freqüência

Figura 6 - Harmônicas da corrente consumida da rede elétrica com o usode um compensador ativo paralelo com corrente nominal de 103 A ligadoà entrada de um inversor trifásico. O THD(I) é reduzido de 76,4% para3,7%

ANEXO


254

Uma das alternativas para a redução da distorçãoharmônica da corrente e o aumento do fator depotência dos inversors com entrada trifásica é autilização de circuitos retificadores com maior númerode pulsos. Para inversores de baixa tensão sãoutilizados retificadores de 12 ou 18 pulsos. Na figura 7temos um exemplo de medições feitas em um casoprático de uso de um inversor de 250HP com umtransformador defasador (estrela/delta) mais retificadorde 12 pulsos com conexão série.

Teoricamente as harmônicas de ordem h<11 deveriamapresentar amplitude zero. No entanto desequilíbriosentre as reatâncias de dispersão de fluxo dossecundários Y/Δ do transformador fazem com que naprática tenhamos valores diferentes de zero como vistona tabela da figura 7. A amplitude da terceiraharmônica mostrada pode ser devida a distorção jáexistente na tensão da rede de alimentação, mesmoantes da instalação do inversor, provocada por outrascargas não lineares ligadas nesta rede elétrica e efeitosde saturação de transformadores de alimentação. Adistorção harmônica da corrente é bastante reduzidaTHD(I)=8,6% e o fator de potência elevado FP=0,98.

Figura 7 - Dados de medição em um caso real de uso de um Inversor de250HP com retificador de 12 pulsos, conexão série, alimentação em 480Vtrifásico, acionando motor de 250HP - 460V com carga nominal(a) Forma de onda da corrente de linha(b) harmônicas de corrente, THD(I)=8,6%. O fator de potência medido na

entrada do inversor é PF=0,98

4.6 RETIFICADORES DE12 E 18 PULSOS

(a) (b)

ANEXO


255

No caso de inversores com entrada monofásica épossível a modificação da topologia do circuito deentrada para introduzir correção ativa das harmônicaspara atender, por exemplo, a IEC 1000-3-2. Váriastopologias do circuito de potência tem sido estudadas.Porém, os custo obtidos até agora não tem permitido oseu uso na maioria das aplicações industriais. Note-seque o mercado de inversores de freqüência comentrada monofásica limita-se a potências de no máximo2HP. Esta faixa de potência é dominada peloschamados “microdrives”, sendo um mercadoextremamente competitivo com uma pressão enormesobre preços, dimensões físicas e facilidade deoperação e colocação em funcionamento.

No caso dos inversores de freqüência com entradatrifásica podem ser usados retificadores de entradacom IGBTs. Estes podem ser fornecidos comodispositivos opcionais para serem instaladosexternamente ou já virem de fábrica instalados dentrodo inversor em substituição ao retificador de diodosdeste. Neste caso, além da eliminação das harmônicasde baixa ordem de forma bastante eficaz, é possível aregeneração de energia para a rede elétrica. Na figura8 são apresentadas algumas medidas feitas em uminversor de 50HP provido de um retificador com IGBTs.Nota-se que independentemente da carga, se torqueresistente (modo motor) ou de frenagem (modogerador), a corrente permanece praticamente senoidale em fase com a tensão garantindo com isso uma baixadistorção harmônica e um alto fator de potência(praticamente unitário).

Figura 8 - Blocodiagrama de inversor com retificador com IGBTs

4.7 RETIFICADORESCOM IGBTS

4.7.1 Inversores deFreqüência comentrada monofásica

4.7.2 Inversores deFreqüência comentrada trifásica

ANEXO


256

Figura 9 - Medidas feitas em um caso real de uso de um inversor de50HP, alimentação em 380V e com retificador de entrada com IGBTs(a) Formas de onda da corrente e tensão de rede para a situação do

motor frenando com 70% da carga nominal [I1=43,8A; THD(I)=8,7%;PF=-0,97]

(b) Formas de onda da corrente e tensão de rede para a situação domotor com carga nominal [I1=65,2A; THD(I)=8,2%; PF=0,97]

(c) Harmônicas de corrente para as situações (a) e (b).

Em instalações onde existem diversos inversores comentrada monofásica é possível utilizar filtros comobjetivo de atenuar a amplitude das harmônicas triplasde corrente (3ª, 9ª e 15ª) que circulam no neutro.O uso destes filtros, além de reduzir a distorção datensão provocada pelas citadas harmônicas decorrente, reduz a sobrecarga no cabo do neutro. Abitola do cabo do neutro é muitas vezes dimensionadapara uma capacidade de corrente inferior a dos cabosutilizados nas fases. Na figura 10 podemos observaruma aplicação típica deste tipo de filtro. O filtro deveser posicionado o mais próximo possível dos inversores,de forma a evitar que as harmônicas triplas da correntecirculem por um trecho grande da instalação.

O filtro é constituido de uma carga reativa de baixaimpedância de seqüência zero. Na prática trata-se de

(c)

(b)

(d)

4.8 FILTROS DECORRENTE DONEUTRO

(a)

ANEXO


257

um autotransformador em delta ou em configuraçõesmais complexas tipo zig-zag.

Figura 10 - Aplicação típica de um filtro de corrente de neutro

Os transformadores defasadores são úteis na reduçãode harmônicas em instalações onde existem pelomenos dois inversores de freqüência com entradatrifásica. Através do deslocamento de fase das tensõesnas saídas destes transformadores é possível ocancelamento de harmônicas na entrada destes.

Na figura 11 podemos observar um exemplo deaplicação de um transformador defasador que possuidois secundários com defasamentos de 0 e 30° emrelação a tensão de entrada. Neste caso, se os doisinversores forem da mesma potência, acionaremmotores iguais, i. e., motores de mesma potência e coma mesma carga no eixo, consegue-se o cancelamentoda 5ª e da 7ª harmônica gerada por estes doisinversores no primário do transformador. Obviamente,caso os inversores não apresentem correntes deentrada idênticas não haverá um cancelamento totaldestas harmônicas. O transformador deverá serprojetado de tal forma a apresentar uma impedânciasemelhante entre os seus enrolamentos secudários.Com este arranjo consegue-se um desempenho, do

4.9 TRANSFORMADORESDEFASADORES

ANEXO


258

ponto de vista da corrente consumida da rede pelosdois inversores, idêntico a de um inversor defreqüência com retificador de 12 pulsos.

Figura 11 - Transformador defasador com secundários Y / Δ

Com o uso cada vez maior de inversores de freqüência,existe a necessidade de medidas preventivas para amelhoria do fator de potência e para a redução dadistorção harmônica das correntes no sistema elétrico.Como a maioria dos inversores de freqüência possui nocircuito de entrada uma ponte de diodos, no qual oatraso da fundamental da corrente de entrada emrelação a tensão de rede é muito pequeno, a melhoriado fator de potência pode ser obtida com a reduçãodas harmônicas de corrente. Para isto, foramapresentadas diversas alternativas que vão desde aintrodução de uma reatância na entrada até asofisticada inclusão de filtros ativos e/ou retificadorestransistorizados. A adoção de uma ou de outra destastécnicas deve ser analisada levando-se em conta osseguintes aspectos: impacto na qualidade de energiacausado pelo inversor de freqüência na instalaçãoelétrica na qual o mesmo será conectado, simplicidade,custo e eficiência energética.

5. CONCLUSÃO

ANEXO


Anexo IIICHECK-LIST PARA DETALHAMENTO DAAPLICAÇÃO

261

CHECK-LIST PARA DETALHAMENTO DA APLICAÇÃOANEXO

3Folha de Dados para Dimensionamento - Inversor de Freqüência

Dados GeraisEmpresa: Tel.:

Cidade / Estado: Fax:

Pessoa de Contato: E-mail:

Aplicação / Carga:

Dados da AplicaçãoPotência Nominal: Nº de Pólos / Rotação Nominal: Tensão e Corrente de Placa: ........................ CV [ ] 2 Pólos (3600 rpm) [ ] 220 V ⇒ ............AFator de Serviço: [ ] 4 Pólos (1800 rpm) [ ] 380 V ⇒ ............A F.S. = ....................... [ ] 6 Pólos (1200 rpm) [ ] 440 V ⇒ ............A

[ ] 8 Pólos ( 900 rpm) [ ] ....... V ⇒ ............AÉ utilizado? [ ] ..... Pólos (........... rpm) [ ] Não Faixa de Rotação desejada: Número de Partida por hora: [ ] Sim De ................ a ................ rpm .................. Partidas / Hora

Tipo de Carga: Relação de Redução entre o Sobrecarga na Partida ou em [ ] Torque Constante Eixo do Motor e a Carga: Regime é Maior que 150%? [ ] Torque Quadrático Relação ⇒ 1: ........................... [ ] Torque Indefinido Rotação no Motor: .................... rpm [ ] Não (especificar nas Obs.) Rotação na Carga: ................... rpm [ ] Sim ⇒ ....................... %

Tipo de Parada (Frenagem) Necessária: [ ] Parada por Inércia (por Desligamento do Motor e Inversor) [ ] Parada Suave por Rampa de Desaceleração ⇒ (Tempo Desejado de ................... segundos) [ ] Parada Rápida por Frenagem Elétrica ⇒ (Tempo Desejado de ..................... segundos)

Rede de Alimentação Condições do Ambiente para Instalação: [ ] 220 V Altitude: Atmosfera: Temperatura: [ ] 380 V [ ] 50 Hz [ ] Até 1000m [ ] Normal [ ] Até 40 ºC [ ] 440 V [ ] 60 Hz [ ] ................ m [ ] Agressiva [ ] ............ ºC [ ] ............... V (especificar nas Obs.)

Grau de Proteção Necessário: Método de Comando: [ ] IP 00 (aberto sem proteção) [ ] Botões Liga e Desliga + Potenciômetro [ ] IP 20 (proteção contra toques) [ ] Interface Homem-Máquina do Inversor [ ] IP 54 (fechado - montado em painel [ ] Entrada Analógica (CLP ou SDCD) [ ] Ao Tempo (painel especial para chuva) Distância entre o Motor e o Inversor: [ ] ......................................... (especificar nas Obs.) Comprimento do Cabo ⇒ ........................m

Características Desejadas no InversorMétodo de Controle: Acessórios Opcionais: [ ] Escalar (U / F) Internos ao Inversor Periféricos ao Inversor [ ] Vetorial Sensorless Cartões Expansão de Funções: [ ] Moldura para HMI Remota [ ] Vetorial com Encoder [ ] .................. [ ] .................. [ ] Cabo para HMI ...............mFunções Especiais: [ ] .................. [ ] .................. [ ] Potenciômetro 1 Volta [ ] Multi-speed (até 8 velocidades) [ ] .................. [ ] .................. [ ] Potenciômetro 10 Voltas [ ] Ciclo Automático do Processo Cartões para Redes FieldBus: [ ] Reatância de Rede [ ] Regulador PID [ ] Profibus DP [ ] Reatância de Carga [ ] ........................................................ [ ] DeviceNet [ ] Fusíveis Ultra-RápidosSoftware de Progração do Inversor [ ] ModBus RTU [ ] Resistor de Frenagempor Microcomputador PC: Interface Serial: [ ] ........................................... [ ] Software SUPERDRIVE [ ] RS 232 [ ] RS 485 [ ] ...........................................

Observações:

Caso seja necessário fornecer mais informações específicas, favor enviar em anexo.

MOTOR

CARGA

INSTALAÇÃO

263

• IEEE Recommended Practices and requirements forHarmonic Control in Electrical Power System, IEEEStandard 519, 1992

• BS EN 61800-3: 1997 Adjustable Speed ElectricalPower Drive Systems Part 3. EMC Product StandardIncluding Specific Test Methods

• S. Bhattacharya, T. M. Frank, D. M. Divan and B.Banerjee, “Active Filter System Implementation”, IEEEIndustry Application Magazine, September/October1996, pp. 47-63

• Fang Zheng Peng, “Application Issues of ActivePower Filters”, IEEE Industry Application Magazine,September/October 1996, pp 21-30

• R. Bredtmann, R. Hanitsch and J. Schiele, “MegawattAsynchronous Drive With 12-Pulse Rectifier andActive Power Line Condictioner

• Ron Peters, “IEEE 519 Current Distortion Limits”,Drivesmag On-Line Magazine

• Ron Peters, “IEEE 519 Voltage Distortion Limits”,Drivesmag On-Line Magazine

• Ron Peters, “Drives, impedance and HarmonicCaracteristics”, Drivesmag On-Line Magazine

• Nicholas D. Hayes, “Understanding Your Options withPassive Harmonic Filters in a Three-Phase Systemwith Drives”, Drivesmag On-Line Magazine

• Nicholas D. Hayes, “A Crash course on Drives PowerTopologies”, Drivesmag On-Line Magazine

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• “Drive Applied Harmonic Filters”, Trans-Coil Inc.,Product Catalogue

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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264

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• Manual de Motores Elétricos, editado pela Weg

• Manual do Inversor de Freqüência CFW-05, editadopela Weg



• Critérios para Compatibilidade Eletromagnética -EMC, editado pela Weg

• Conservação de Energia Elétrica, editado pela Weg

• Application Manual - EMC, editado pela EurothemDrives

• Hitachi Converters - Technical Drives Guide Book,editado pela Hitachi, Ltd.

• Variable Speed Drive Fundamentals, de Clarence A.Phipps, editado pela Hardcover

• Apostila do curso DT2 - Inversores de Freqüência /Programa de Divulgação Tecnológica, editado pelaWeg

• Seleção e aplicação de motores elétricos 1, deOrlando S. Lobosco, editado pela MarcomboBoixareu Editores

• Seleção e aplicação de motores elétricos 2, deOrlando S. Lobosco, editado pela MarcomboBoixareu Editores

• Motores Electricos, de Jim Cox, editado pela GGMexico

• Motores Electricos Accionamento de Maquinas, deJose Roldan Viloria

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

REFERÊNCIASREFERÊNCIASREFERÊNCIASREFERÊNCIASREFERÊNCIAS

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