Conversor de Frequência __ Plataforma A

Prévia do material em texto

Potência: Conversor de Frequência
Apresentação
1. OBJETIVO
Neste experimento, você irá adquirir conhecimento sobre o conversor de frequência, um 
dispositivo que converte a tensão fornecida da rede elétrica em um nível de tensão trifásica com 
frequência ajustável. Tal dispositivo é amplamente utilizado no ambiente industrial, no acionamento 
e operação de motores elétricos.
 
Ao final deste experimento, você deverá ser capaz de:
listar os procedimentos necessários para a programação de um conversor de frequência;•
modificar e monitorar os parâmetros do conversor de frequência;•
configurar e utilizar a operação em modo local do conversor de frequência;•
configurar e utilizar a operação em modo remoto do conversor de frequência.•
 
2. ONDE UTILIZAR ESSES CONCEITOS?
Na indústria, existem diversos processos que fazem a utilização de motores, porém nem todos 
podem ser realizados por meio de uma partida direta. Por exemplo, alguns processos exigem um 
maior controle e, para suprir isso, se pode utilizar o conversor de frequência. Ele é um dispositivo 
capaz de controlar a velocidade de um motor elétrico, e pode ser utilizado com o intuito de reduzir 
o consumo de energia, usando-a com mais eficiência. Dessa forma, melhora o controle do processo 
e diminui o estresse mecânico do motor, ou seja, é um dispositivo que visa a otimizar a operação 
das aplicações que dependem de motores elétricos.
 
3. O EXPERIMENTO
O experimento consiste em utilizar o conversor de frequência presente na bancada em diferentes 
modos de operação. Em um primeiro momento, ele será utilizado no modo de operação local. Em 
um segundo momento, no modo de operação remoto.
 
4. SEGURANÇA
A bancada utilizada no laboratório virtual tem os dispositivos necessários para proteger os 
equipamentos e usuários contra curto-circuito, sobrecarga e corrente de fuga, explosão e incêndio. 
Quando for realizar a montagem de cada circuito, é essencial que as instruções do roteiro sejam 
seguidas fielmente, utilizando os equipamentos de proteção preconizados e realizando a montagem 
dos circuitos com atenção e segurança.
 
5. CENÁRIO
Você irá encontrar uma bancada em que poderá se posicionar determinando a perspectiva em que 
será visualizada, o que lhe permitirá acompanhar os experimentos do melhor ponto de vista. No 
balcão, você vai encontrar o módulo do motor. Os principais componentes utilizados serão:
Alimentaçãotrifásica: terminais de alimentação por onde podem ser feitas as conexões dos 
circuitos com corrente alternada e tensão entre fases de 220V.
DispositivoDR: responsável pela proteção de pessoas e animais contra choques elétricos por 
contato direto ou indireto. Em condições normais, a soma vetorial das correntes nos condutores 
ativos é zero. Quando houver uma falha (corrente de fuga), o somatório das correntes será 
diferente de zero, o que irá provocar a atuação do dispositivo, interrompendo a passagem de 
corrente elétrica para a instalação.
Controladorlógicoprogramável(CLP): é um dos controladores mais utilizados na indústria. 
Conceitualmente, o CLP é um equipamento projetado para comandar e monitorar máquinas ou 
processos industriais.
Sensorfimdecurso: é um termo genérico usado para referir-se a um comutador elétrico capaz de 
ser atuado por uma força física muito pequena. Tem, por padrão, um contato normalmente 
fechado, que, quando a extremidade é tocada, comuta para outro, normalmente aberto, impedindo 
o fluxo de corrente.
Semáforo: dispositivos que indicam a passagem de corrente por meio da emissão de luz.
Botãodeemergência: tipo de botoeira com trava, muito usado para desligar o circuito de comando 
elétrico em momentos críticos. É acionado por botão do tipo cogumelo. Tem três contatos 
normalmente fechados, dois para corrente alternada e um para corrente contínua.
Botoeiradesliga: elemento de comando utilizado para desenergizar contatores, comutando seus 
contatos de normalmente fechado para normalmente aberto, por meio de acionamento manual.
Chaveseletora: é um equipamento utilizado para controlar o fluxo da eletricidade em um circuito 
elétrico, por meio de uma chave mecânica controlada manualmente. Tem dois contatos 
normalmente abertos, um para corrente alternada e o outro para corrente contínua.
Botoeiraliga: elemento de comando utilizado para energizar contatores, comutando seus contatos 
de normalmente aberto para normalmente fechado, por meio de acionamento manual.
Entradasesaídasdoconversor: são os terminais por onde o conversor de frequência recebe ou envia 
informações para outros equipamentos.
Conversordefrequência: um equipamento que converte a tensão fornecida da rede elétrica em um 
nível de tensão trifásica com frequência ajustável. Amplamente utilizado no ambiente industrial, no 
acionamento e operação de motores elétricos.
ConversorDC/DC: dispositivo que converte uma tensão ou corrente contínua com determinada 
amplitude em outra tensão ou corrente contínua com outra amplitude. Na bancada, são 
convertidos 24V em 10V.
Potenciômetro: é um componente eletrônico com resistência elétrica ajustável. Geralmente, é um 
resistor de três terminais, em que a conexão central é deslizante e manipulável. Se todos os três 
terminais são usados, atua como um divisor de tensão.
Fontedetensão: todo dispositivo eletroeletrônico necessita de energia elétrica para funcionamento. 
A fonte de tensão utilizada nesta bancada é responsável por receber a energia da rede elétrica e 
convertê-la em uma tensão contínua de 24V que suporta até 15 amperes em seus terminais.
Sensordenível: é um dispositivo utilizado para controlar líquidos ou sólidos granulados 
acondicionados em reservatórios, silos e tanques – abertos ou pressurizados. O sensor detecta o 
nível de líquidos em reservatórios, por meio do movimento dos flutuadores que geram um sinal 
magnético.
Bons estudos.
 
Sumário teórico
CONVERSOR DE FREQUÊNCIA
 
 
INTRODUÇÃO
O conversor de frequência, também chamado de inversor de frequência ou conversor de potência, 
é um dispositivo que pode controlar a velocidade de máquinas elétricas, com o objetivo de 
melhorar o controle de processo, diminuir o estresse mecânico no controle das máquinas e 
economizar energia elétrica, ou seja, visa a otimizar as operações das várias aplicações que 
dependem de motores elétricos.
De forma geral, é possível dizer que o conversor de frequência funciona com o objetivo de variar a 
rotação de um motor trifásico por meio de uma mudança na frequência. Para tanto, transforma uma 
corrente alternada de frequência fixa em uma corrente alternada de frequência variável, 
controlando a potência consumida pela carga, pela variação da frequência que é entregue.
A utilização do conversor de frequência possibilita uma operação com maior flexibilidade, 
segurança e precisão. Por exemplo, é possível controlar a velocidade de um motor sem grandes 
perdas de torque, fazer uma frenagem direta sem necessidade de freios mecânicos, promover uma 
aceleração suave para a partida do motor, além de permitir diferentes programações de velocidade, 
de acordo com as necessidades de aplicação.
Na maioria das vezes, quando um motor parte da inércia, atinge sua capacidade máxima em poucos 
segundos. Essa condição acaba sendo prejudicial para seus componentes, podendo desgastar 
correias, engrenagens, etc. Visando ao aumento da vida útil dessas peças, o conversor de 
frequência é muito empregado para produzir rampas de aceleração. Ele também pode produzir 
rampas de desaceleração, com o objetivo de evitar frenagens bruscas, resultando em uma parada 
suave do motor.
 
PARÂMETROS PRINCIPAIS
O conversor utilizado no experimento é um ATV12 da Schneider, como visto na Figura 1. Esse 
conversor tem diferentes bornes de comando, cada um com uma função específica. No manual do 
fabricante, é possível encontrar uma descrição mais detalhada desses bornes.
 
Figura 1 – Bornes de comando. Fonte: Schneider Electric (2009).
 
No painel frontal do conversor de frequência, podemser encontrados cinco botões distintos, que 
serão utilizados para que o operador controle o equipamento. Na Figura 2, pode ser visto cada um 
dos botões, com uma numeração que será utilizada para explicar sua função.
 
Figura 2 – Painel frontal do conversor. Fonte: Schneider Electric (2009).
A respeito dos botões enumerados na Figura 2, temos:
 
Botão MODE: acessa o menu de configurações e retorna para a tela inicial.1. 
Botão Jog Dial: utilizado para navegação entre os parâmetros, podendo ser girado no sentido 
horário ou anti-horário. O mesmo botão pode ser pressionado para selecionar ou validar 
algum parâmetro. Além disso, quando o inversor está configurado para o modo local, esse 
botão atua como potenciômetro.
2. 
Botão ESC: utilizado para sair do modo de edição de um parâmetro, podendo abortar um valor 
para retornar ao valor prévio na memória do equipamento.
3. 
Botão STOP: utilizado para realizar a parada do motor, caso essa função esteja habilitada.4. 
Botão RUN: utilizado para realizar a partida do motor, caso essa função esteja habilitada.5. 
 
Descrição Valor no ajuste de fábrica
Modo de operação Local
Tempo de aceleração 3 segundos
Tempo de desaceleração 3 segundos
Velocidade mínima 0Hz
Velocidade máxima 50Hz
Sentido de giro Horário
Tabela 1 – Padrões do conversor.
 
OPERAÇÃO EM MODO LOCAL
Quando o inversor for ligado pela primeira vez, serão exibidas em sua tela as letras rdy. Para alterar 
o modo de operação, use a tecla MODE. Nesse modo, ao pressionar a tecla RUN, o motor é 
acionado. Ao girar a tecla Jog Dial em sentido horário ou anti-horário, se modifica a frequência da 
tensão de saída do inversor. Ao pressionar a tecla STOP, o motor será desligado. Ou seja, todos os 
comandos são feitos localmente; logo, o inversor precisa estar no mesmo ambiente da máquina que 
está sendo controlada, e o operador deve ter acesso direto ao inversor, para alterar suas 
configurações.
 
OPERAÇÃO EM MODO REMOTO
No modo remoto, o conversor pode operar utilizando um terminal remoto opcional ou uma 
botoeira NA, uma botoeira NF que funciona de forma análoga aos botões RUN e STOP. O ajuste da 
frequência pode ser feito por um potenciômetro. Esse modo de operação permite que o motor 
controlado pelo conversor seja operado a distância, aumentando a segurança da operação.
 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
 
Schneider Electric. Altivar 12 – Inversores de frequência para motores assíncronos. Manual do 
usuário. [S. I.]: Schneider Electric, 2009.
 
Roteiro
 
INSTRUÇÕES GERAIS
 
1. Neste experimento, você irá se familiarizar com uma das aplicações do transistor, um dos 
componentes semicondutores mais importantes da eletrônica. Através da análise do circuito 
disponível, será possível entender a aplicação do transistor como amplificador.
2. Utilize a seção “Recomendações de Acesso” para melhor aproveitamento da experiência virtual e 
para respostas às perguntas frequentes a respeito do Laboratório Virtual.
3. Caso não saiba como manipular o Laboratório Virtual, utilize o “Tutorial” presente neste Roteiro.
4. Caso já possua familiaridade com o Laboratório Virtual, você encontrará as instruções para 
realização desta prática na subseção “Procedimentos”.
5. Ao finalizar o experimento, responda aos questionamentos da seção “Avaliação dos Resultados”.
 
RECOMENDAÇÕES DE ACESSO
 
DICAS DE DESEMPENHO
 
Para otimizar a sua experiência no acesso aos laboratórios virtuais, siga as seguintes dicas de 
desempenho:
Feche outros aplicativos e abas: Certifique-se de fechar quaisquer outros aplicativos ou abas 
que possam estar consumindo recursos do seu computador, garantindo um desempenho mais 
•
eficiente.
Navegador Mozilla Firefox: Recomendamos o uso do navegador
Mozilla Firefox, conhecido por seu baixo consumo de recursos em comparação com outros 
navegadores, proporcionando uma navegação mais fluida.
•
Aceleração de hardware: Experimente habilitar ou desabilitar a aceleração de hardware no 
seu navegador para otimizar o desempenho durante o acesso aos laboratórios virtuais.
•
Requisitos mínimos do sistema: Certifique-se de que seu computador atenda aos requisitos 
mínimos para acessar os laboratórios virtuais. Essa informação está disponível em nossa 
Central de Suporte.
•
Monitoramento do sistema: Utilize o Gerenciador de Tarefas (Ctrl + Shift + Esc) para verificar o 
uso do disco, memória e CPU. Se estiverem em 100%, considere fechar outros aplicativos ou 
reiniciar a máquina para otimizar o desempenho.
•
Teste de velocidade de internet: Antes de acessar, realize um teste de velocidade de internet 
para garantir uma conexão estável e rápida durante o uso dos laboratórios virtuais.
•
Atualizações do navegador e sistema operacional: Mantenha seu navegador e sistema 
operacional atualizados para garantir compatibilidade e segurança durante o acesso aos 
laboratórios.
•
 
PRECISA DE AJUDA?
 
Em caso de dúvidas ou dificuldades técnicas, visite nossa Central de Suporte para encontrar artigos 
de ajuda e informações para usuários. Acesse a Central de Suporte através do link: https://suporte-
virtual.algetec.com.br
Se preferir, utilize os QR Codes abaixo para entrar em contato via WhatsApp ou ser direcionado 
para a Central de Soporte. Estamos aqui para ajudar! Conte conosco!
 
 
 
 
DESCRIÇÃO DO LABORATÓRIO
 
MATERIAIS NECESSÁRIOS
Capacitores cerâmicos de 5 µF;•
Fonte de tensão dupla;•
Gerador de função digital;•
Osciloscópio;•
Protoboard;•
Resistor de 1 kohms;•
Resistor de 1 MOhms;•
Resistor de 110 kohms;•
Resistores de 10 kohms;•
Transistor NPNBC549.•
 
PROCEDIMENTOS
 
VERIFICANDO O CIRCUITO
Verifique a montagem do circuito na protoboard identificando os componentes utilizados e suas 
localizações.
 
ALIMENTANDO O CIRCUITO
Ajuste o gerador de sinais para fornecer uma tensão de 0,5 Vpp (volts pico a pico) e a frequência 
para 60Hz. Pressione a tecla RUN do equipamento e conecte o gerador ao circuito na protoboard. 
Ajuste a fonte de tensão para fornecer 20 volts e realize a conexão da fonte com a protoboard.
 
UTILIZANDO O OSCILOSCÓPIO PARA MEDIR OS SINAIS DO CIRCUITO
Conecte o canal 1 do osciloscópio para verificar o sinal gerado pelo osciloscópio e o canal 2 para 
verificar o sinal de saída sobre o resistor de 1 Mohms. Ligue os canais nos botões do osciloscópio e 
observe os sinais pelo equipamento.
 
AVALIANDO OS RESULTADOS
Siga para a seção “Avaliação dos Resultados” e responda de acordo com o que foi observado nos 
experimentos, associando também com os conhecimentos aprendidos sobre o tema.
 
 
AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS
 
1. Qual é o impacto da frequência de 60Hz do sinal gerado pelo gerador de funções na forma de 
onda observada no osciloscópio e na resposta do circuito?
2. Qual a forma de onda observada no canal 1 do osciloscópio?
 
 
TUTORIAL
 
VERIFICANDO O CIRCUITO
Visualize a protoboard clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome 
“Protoboard” localizada dentro do painel de visualização no canto superior esquerdo da tela. Se 
preferir, também pode ser utilizado o atalho do teclado “Alt+2”.
 
 
Verifique a montagem do circuito na protoboard observando os componentes que foram utilizados, 
suas ligações e seus valores.
 
 
ALIMENTANDO O CIRCUITO
Visualize o gerador de sinais clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome 
“Gerador de funções” localizada dentro do painel de visualização no canto superior esquerdo da 
tela. Se preferir, também pode ser utilizado o atalho do teclado “Alt+4”.
 
 
Ajuste o gerador de sinais para fornecer uma tensão de 0,5 Vpp (volts pico a pico) clicando com 
botão esquerdo do mouse e girando o botão “AADJ”.
 
 
Ajuste o gerador de sinais para fornecer frequência para 60Hz clicando com botão esquerdo do 
mouse e girando o botão “FADJ”.
 
 
Pressione a tecla executar do equipamento clicando com botão esquerdo do mouse no botão 
“EXECUTAR”.
 
 
Conecte o gerador ao circuito na protoboard clicando com botão direitodo mouse e selecione a 
opção “Conectar à protoboard”.
 
 
Visualize a fonte clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome “Fonte” 
localizada dentro do painel de visualização no canto superior esquerdo da tela. Se preferir, também 
pode ser utilizado o atalho do teclado “Alt+3”.
 
 
Ligue a fonte clicando com botão esquerdo do mouse sobre o botão “ON/OFF”.
 
 
Abra a janela para ajuste de tensão do canal 1 clicando com botão esquerdo do mouse no botão 
“EMPURRAR(V)” do lado esquerdo do equipamento.
 
 
Ajuste o valor da tensão do canal 1 para 20V clicando com botão esquerdo do mouse e arrastando 
o botão da barra de rolagem.
 
 
Feche a janela clicando com botão esquerdo do mouse no “X” localizado no canto superior direito.
 
 
Conecte a fonte de alimentação à protoboard clicando com botão direito do mouse sobre a fonte e 
selecione a opção “Conectar à protoboard”.
 
 
UTILIZANDO O OSCILOSCÓPIO PARA MEDIR OS SINAIS DO 
CIRCUITO
Visualize a protoboard clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome 
“Protoboard” localizada dentro do painel de visualização no canto superior esquerdo da tela ou 
utilizando o atalho do teclado “Alt+2”.
 
 
Conecte o canal 1 do osciloscópio para verificar o sinal gerado pelo osciloscópio clicando com 
botão direito do mouse na ponta de prova da parte superior e selecione a opção “Conectar à 
protoboard”.
 
 
Conecte o canal 2 do osciloscópio para verificar o sinal de saída sobre o resistor de 1 Mohms 
clicando com botão direito do mouse na ponta de prova ao lado da protoboard e selecione a opção 
“Conectar à protoboard”.
 
 
Visualize o osciloscópio clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome 
“Osciloscópio” localizada dentro do painel de visualização no canto superior esquerdo da tela ou 
utilizando o atalho do teclado “Alt+5”.
 
 
Ligue os canais 1 e 2 clicando com botão esquerdo do mouse nos botões “CH1” e “CH2” do 
osciloscópio.
 
 
Observe os sinais mostrados pelo equipamento.
 
 
AVALIANDO OS RESULTADOS
Siga para a seção “Avaliação dos Resultados” e responda de acordo com o que foi observado no 
experimento, associando também com os conhecimentos aprendidos sobre o tema.
 
Pré-teste
1) 
Em relação às teclas do conversor de frequência, ao se pressionar o botão MODE, o que 
ocorre?
A) Realiza-se a mudança entre as variáveis digitais e analógicas.
B) Acessam-se os parâmetros de controle do conversor.
C) Realiza-se a mudança entre os modos local e remoto.
2) 
Em relação às teclas do conversor de frequência, quando está no modo local, o Jog Dial pode 
ser usado para:
A) Modificar a frequência da tensão de saída do conversor.
B) Realizar a mudança entre os modos local e remoto.
C) Realizar a navegação entre os parâmetros do conversor.
3) 
Em relação às teclas do conversor de frequência, ao se pressionar ESC durante a edição de 
um parâmetro, o que ocorre?
A) O conversor retorna aos padrões de fábrica.
B) Retorna para a tela anterior e não salva as alterações feitas no parâmetro.
C) Reseta a última configuração alterada.
4) 
Quando o conversor de frequência está operando em modo remoto, o controle da 
frequência da tensão na saída é feito por meio do:
A) Jog Dial presente no painel frontal do conversor.
B) Potenciômetro conectado na rede trifásica.
C) Potenciômetro conectado ao borne AI1 de entrada analógica do conversor.
5) 
Como é feita a alimentação do conversor de frequência?
A) Utilizando uma fonte de tensão contínua
B) Conectando o equipamento via USB ao CLP.
C) Utilizando duas fases da rede trifásica.
Experimento
Acesse o laboratório:
Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino!
 
Pós-teste
1) Ao acionar um motor, utilizando o modo local, um operador nota que, ao aumentar sua 
velocidade, por meio do Jog Dial, o motor demora cerca de 10 segundos até a atingir a 
velocidade determinada. Porém, é necessário que essa alteração seja feita de forma mais 
rápida.
Qual deve ser o procedimento para isso?
A) Alteração da operação do conversor para o modo remoto, pois consegue executar as 
instruções de forma mais rápida;
B) Alterar o parâmetro do conversor responsável pelo tempo de aceleração;
C) Alterar o parâmetro do conversor responsável pelo tempo de desaceleração.
2) Ao acionar um motor, utilizando o modo local, um operador nota que, ao aumentar sua 
velocidade, por meio do Jog Dial, a frequência máxima que se consegue colocar é de 50Hz, 
sendo que a rede opera em 60Hz.
Qual pode ser a causa desse problema?
A) O parâmetro modo de operação pode estar em remoto;
B) O parâmetro do sentido de giro pode estar limitando a frequência de operação;
C) O parâmetro de velocidade máxima pode estar definido para 50Hz.
3) Umas das principais características do modo remoto é:
A) A necessidade de se utilizarem as teclas do conversor para controlar a máquina conectada a 
ele;
B) Possibilitar que o conversor seja instalado em um ambiente afastado da máquina controlada, 
apesar de que ainda é necessário utilizar suas teclas para controlar a máquina;
C) Possibilitar que o conversor seja instalado em um outro ambiente afastado da máquina que 
está sendo controlada.
4) O controle remoto limita as possibilidades de controle que podem ser realizadas pelo 
operador. Porém, ele também:
A) Impede interações desnecessárias com o conversor e diminui as possibilidades de erros;
B) Aumenta as possibilidades de interações com o conversor, tornando-o mais flexível;
C) Aumenta a interação com o conversor, mas adiciona camadas de proteção, diminuindo as 
possibilidades de erro.
5) Quais foram os dispositivos conectados ao conversor de frequência para realizar a operação 
de controle de velocidade no modo remoto?
A) Três botoeiras NA e um potenciômetro;
B) Uma botoeira NA, uma botoeira NF e um potenciômetro;
C) Uma boteira NA, uma botoeira NF e o Jog Dial.